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磁致温差效应

/magnetocaloric effect/
条目作者李国栋

李国栋

最后更新 2024-11-20
浏览 172
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顺磁物质和强磁物质由于外加磁场强度变化,引起物质磁化状态改变而发生的可逆温度变化现象。又称磁热效应、磁卡效应。

英文名称
magnetocaloric effect
又称
磁热效应、磁卡效应
所属学科
材料科学与工程

这一效应同强磁物质磁化和退磁的磁滞效应所引起的温度变化的不可逆发热现象不同。

1918年P.外斯(Weiss)和A.皮卡尔(Piccard)首先提出磁致温差效应。1926年外斯等在镍和铁居里点附近观测到约1℃的磁致温差效应。1926年P.德拜(Debye)提出可利用顺磁物质的磁致温差效应来获得低温;1933年W.J.德哈斯(de Haas)等和W.F.吉奥克(Giauque)等独立地在实验中观测到顺磁盐的绝热退磁使温度降低的现象;1934年C.J.戈特(Gorter)提出利用原子核的磁致温差效应比利用顺磁物质可获得更低的温度;1956年N.库尔蒂(Kurti)等利用铜核绝热退磁得到1.2微开低温;1989年P.哈科南(Hakonen)和中国学者殷实利用核磁绝热退磁技术使核自旋系统的温度降低2纳开。

由热力学理论,当磁场绝热变化时,在顺磁或强磁物质中引起的可逆温度变化,在绝热等熵过程中,有:

式中分别为物质的定磁场热容和温度;为定磁场磁化强度的温度变率。一些顺磁物质、铁磁物质、亚铁磁物质和一些物质的原子核系统利用绝热退磁技术(磁致温差效应)得到的温度差和有关参量见表1~表3。

表1 一些顺磁物质的磁致温差效应

物质

起始温度/K

起始磁场/T

终了磁场/T

终了温度/K

FeNH4(SO42·12H2O

Mn(NH42(SO42·6H2O

GdSO4·8H2O

KCr(SO42·12H2O

CeF3

1.23

1.23

1.50

1.30

1.30

1.41

0.80

0.80

1.95

2.76

0

0

0

0.035

0.085

0.038

0.09

0.25

0.05

0.13

表2 一些序磁(铁磁、亚铁磁、反铁磁)物质的磁致温差效应

物质

磁性

磁转变点/K

磁致温差/K

外加磁场/T

Gd

Tb

TbFe2

R3Fe5O12

(R为重稀土原子)

Dy3Al5O12

铁磁性

铁磁性,螺旋,

反铁磁性

亚铁磁性

亚铁磁性

反铁磁性

293

219(

230(

695

530~550

2.54

14

10.5

0.7

0.12~0.28

18

7.0

6.0

1.58

1.6

2.0

表3 一些物质中核系统的磁致温差效应(达到极低温

物质

固体3He

PrCu5141Pr)

PrNi5141Pr

PrNi5141Pr)

LiH(7Li,1H)

Ca(OH)(1H)

Cu(65Cu)

磁有序温度

~3×10-3

2.4×10-2

4×10-4

~10-6

<10-6

~10-6

2×10-9

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