Наука и Техника

Наука И Техника
9 сентября 2015

Будущее домашних холодильников: магнитное охлаждение.

Возможно, когда-то у нас дома будут стоят холодильники, работающие не на химических компонентах и промышленных охладителях. Работать они будут на базе магнитных систем охлаждения, которые, в свою очередь, будут использовать примерно такие же магниты, с которыми многие из нас играли в детстве — цепляли их к большим металлическим объектам и поднимали с помощью них маленькие металлические объекты.

При воздействии магнитов на металлические объекты мы на самом деле несознательно нагревали эти металлические предметы. И не просто потому, что держали эти предметы в своих горячих руках. Дело в том, что магнитные поля могут нагревать металл. И это явление называется магнетокалорическим эффектом.

Когда металл находится в состоянии покоя и на него не воздействуют внешние раздражители, то его электроны двигаются в любых возможных направлениях. Однако стоит поднести к нему магнит, и металл оказывается под воздействием магнитного поля — электроны фактически выстраиваются в ряд в одном и том же направлении. Это изменение энтропии, или, другими словами, ограничение электронов в возможности свободного движения.

Однако это ограничение непостоянно. Да, теперь электроны не могут двигаться в любых направлениях, в каким им «хочется», однако в других направлениях они двигаться все же могут. В данном случае энтропия возрастает путем повышения вибрации атомов. А вибрация атомов, а точнее энергия их вибрации, или движения, носит более обобщенное название — теплота. Поэтому если мы подносим к металлу магнит, он начинает нагреваться. Эффект нагрева при использовании большинства металлов практически незначительный, однако есть металлы, которые в таком случае нагреваются очень сильно. К таким металлам относится, например, гадолиний.

Казалось бы, магнетокалорический эффект больше подходит для готовки еды, а не для ее заморозки. Однако этот эффект может обладать и обратным действием. Если кусочек металла находится под воздействием магнитного поля и это поле затем убирают, то металл начинает охлаждаться.

Большинство магнитных холодильников, проходящих сейчас испытания в научных лабораториях, могут охлаждать таким методом небольшие объекты. На металл, находящийся под воздействием магнитного поля, наносится специальная субстанция, чаще всего гелий. Эта субстанция забирает чрезмерное тепло, металл охлаждается, а затем убирается магнитное поле, что делает металл очень холодным. Достаточно холодным, чтобы его можно было использовать в качестве охладителя.

Принцип магнитного охлаждения известен довольно давно, однако его домашнее использование кажется пока несбыточной мечтой. Будем надеяться, что в конечном итоге возможности магнитных систем охлаждения, их эффективность, бесшумность и пониженная потребность в использовании химических хладагентов однажды смогут вывести их на рынок.