Метамагнетики позволят создать холодильники на магнетизме

6 Мая 2014, Илья Хель 11

Новое открытие в физике, сделанное командой ученых из Университета штата Вирджиния, может привести к созданию более эффективных холодильников, тепловых насосов и сканеров в аэропортах уже в ближайшее десятилетие.

Беллейв Шиварам

Команда физиков и материаловедов вывела универсальный закон, регулирующий магнитные свойства метамагнетиков — металлических сплавов, которые могут резко увеличивать намагниченность при воздействии внешнего магнитного поля, например, от постоянного магнита или электромагнита.

Ученые обнаружили, что магнитный эффект всех метамагнетиков нелинеен. Если метамагнетики размещены в начальном магнитном поле и сила поля увеличивается вдвое, их магнитная сила увеличивается больше чем вдвое. Это важно, поскольку ученые и инженеры, вероятнее всего, будут использовать это уникальное свойство в различных применениях, в том числе и для холодильников.

«Мы выяснили, что это нелинейное свойство имеет одно количественное поведение для всех известных типов метамагнетиков, то есть закон универсален», — рассказал Беллейв Шиварам, профессор физики, возглавляющий исследования. Результаты исследований были опубликованы в журнале Physical Review B.

По словам Шиварам, новообретенное нелинейное свойство можно использовать по-разному.

«Очень полезное свойство такого типа магнетизма — магнитное охлаждение, — говорит он. — Магнитные охладители еще не особо распространены, скорее они находятся в стадии эксперимента. Но в конечном счете они могут стать частью повседневной бытовой техники, от тепловых насосов до холодильников, в которых мы храним еду».

В настоящее время метамагнетики производят эффективное охлаждение только при очень низких температурах с использованием сверхпроводящих магнитов, что делает их непрактичными для охлаждения в целом. С новым открытием они могут стать частью нашей жизни уже в ближайшем десятилетии.

В настоящее время холодильники потребляют очень много энергии в доме. Они включают несколько движущихся частей, что делает их дорогостоящими для ремонта, и они могут создавать утечки фторуглеродов в атмосферу, что разрушает озоновый слой. Холодильники будущего, в основе которых будут лежать метамагнетики, будут требовать меньшего количества движущихся частей, не будут требовать хладагентов и задействовать меньше электроэнергии.

«В новых материалах магнетизм можно циклично включать и выключать, откачивая тепло таким же образом, как работают тепловые насосы, — говорит Шиварам. — В тепловых насосах мы используем давление для цикличного охлаждения среды, перегоняя воду в пар. Новые магнитные холодильники будут задействовать магнитные материалы и работать с циклами магнитного поля».

Другое возможное применение для метамагнетиков — более эффективные методы сканирования в аэропортах. Эти устройства досмотра используют безвредные терагерцевые волны для сканирования сквозь материалы. Метамагнетики могут поспособствовать более эффективной генерации терагерцевых волн, путем преобразования мощных низкочастотных радиоволн в терагерцевые волны, используя нелинейные свойства метамагнетиков.

На этом, по словам ученых, возможные применения нового открытия не заканчиваются.

11 комментариев Оставить свой

  1. Archer

    Тема охлаждения не раскрыта. Какова стоимость материалов метамагнетиков? Каков КПД от их использования?
    В домашних холодильниках ломается, обычно датчики, электрическое реле, или сгорает обмотка электродвигателя (еще рвутся уплотнительные резинки). Движущие части самого компрессора практически вечны. Дело в том, что при работе они покрываются тонкой пленкой, которая образуется от взаимодействия металла и хладагента. Эта пленка в разы снижает трение и компрессор практически не изнашивается. КПД домашнего холодильника больше 100%.
    До сих пор можно встретить старые, но работающие холодильники ЗИЛ.

    • JollyRoger

      Archer, КПД больше 100%?

      • Archer

        JollyRoger, Именно так.

        • volodin_1994

          Archer, Ммм...... А это как?

          • Archer

            volodin_1994, Если коротко, то ограничение КПД в 100% касается только замкнутых (в термодинамическом смысле) систем. А в не замкнутых системах, там еде есть обмен тепла с окружающей средой, такого ограничения нет.

          • Kiryan

            volodin_1994, Это, извините, глупость.... Тогда его не нужно было бы вставлять в розетку.

            • Archer

              Kiryan, Не такая уж глупость, как может показаться на первый взгляд. =)))
              Судите сами. Холодильник потребляет от сети примерно 200 ватт. При этом его конденсатор (теплообменник, расположенный на задней стенке выделяет примерно 300 ватт. Плюс он еще и продукты охлаждает/замораживает.
              Об этом вы сами можете почитать в технической литературе. На этом принципе работаю тепловые насосы, они охлаждают грунт и обогревают помещения, экономя энергию и ваши деньги.

            • Archer

              Kiryan, Работает это так.
              Холодильник потребляет от сети примерно 200 ватт, а его конденсатор (теплообменник, расположенный на задней стенке) выделяет примерно 300 ватт. Плюс, еще холодильник продукты охлаждает/замораживает. На таком же принципе работает и тепловой насос. Он охлаждает грунт (или воду), а нагревает помещение. При этом экономится энергия и ваши деньги.
              Все это вы можете сами почитать в технической литературе, а потом можете делать суждения о разумности написанного.

            • Archer

              Kiryan, Розетка, все же нужна. А про холодильник можете сами почитать в технической литературе или в сети.

              • Deepcrasher

                Archer, Поддерживаю. Чего-чего, а холодильник - одно из самых экономичных и надежных устройств. Если бы не диверсия компании Дюпонт, были бы правда еще надежнее и экономичнее...

  2. DmitryK

    В принципе верно все говорите, но ни как не КПД больше 100%, а коэффициент тепло или холодопроизводительности. Действительно потребив 1 киловатт электричества тепловые насосы способны выдать 3 киловатта энергии, но это в виде тепла, что никак нельзя считать за КПД.

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.