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.
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.
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.
Archer, КПД больше 100%?
JollyRoger, Именно так.
Archer, Ммм...... А это как?
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.
volodin_1994, Это, извините, глупость.... Тогда его не нужно было бы вставлять в розетку.
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.
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.
Kiryan, Розетка, все же нужна. А про холодильник можете сами почитать в технической литературе или в сети.
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...
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.