星期五, 8月 1

磁鐵能吸熱未來可當冰箱製冷劑

最近一期的《物理評論快報》報導了美國麻省理工學院的科學家近日發現了熱電學中描述電子傳輸的方程,用於描述磁振子傳輸,發現如果處在有差異的磁場中,磁振子可能會從磁鐵一端運動到另一端,帶走熱量而產生製冷效果。科學家們預測磁鐵能用作冰箱的製冷劑。


在鐵磁體中,本地磁矩能夠旋轉並以不同方向排列。在絕對零度時,磁矩排列使磁體產生的磁力最強;隨著溫度上升,更多磁矩自旋變得更不同步,磁力會變弱。而磁振子就是隨著這種溫度升高而產生的。磁振子是磁鐵中的一種準粒子,是磁矩共同旋轉形成的,也叫“自旋子”。

磁振子很像電子。電子能同時攜帶電荷並導熱,能在電場或溫差作用下運動,這種現象即熱電效應。科學家一直在研究熱電效應,如熱電發電機把熱直接轉化為電,或不用任何運動部件來製冷。磁振子也能在兩種力的作用下運動:溫差和磁場。研究人員發展了熱電學中描述電子傳輸的玻爾茲曼傳輸方程,經推導後得到了兩個新方程來描述磁振子傳輸。他們能用新方程預測磁振子製冷效應,類似於熱電製冷效應。當磁振子處在有差異的磁場中,會攜帶熱量從磁體一端移動到另一端。


他們用普通的磁絕緣體構建了模型,從以往資料中收集了這種材料的數據輸入新模型中,發現存在一個溫和的磁場梯度時,它能產生較小的製冷效應;而在低溫情況下,製冷效應更明顯。

“你能把熱量從一邊吸到另一邊,從本質上說,就能把磁鐵用作製冷器。”參與研究的機械工程系研究生說,“你可以想像一種無線製冷,給放在一兩米外的一塊磁鐵,或你的便攜電腦施加磁場,就能給它降溫。”按照他們的理論,這種磁致冷冰箱無需任何會動的部件,不像傳統冰箱那樣,要用一根管子不斷地泵液體才能保持低溫。

MIT機械工程系主任認為,最先應用磁振子製冷效應的,可能是那些需要在極低溫度下無線製冷的研究。“就目前來說,可能的應用是在低溫領域,比如給紅外探測儀製冷。但我們還需要通過實驗來證明這一理論,並尋找更好的材料。我們希望這能促進新的實驗。”
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