211service.com
Sprawianie, że magnesy są fajne
Myślisz, że magnesy na lodówkę to listy zakupów i dzieła sztuki młodzieńczej? Pomyśl jeszcze raz. Naukowcy na całym świecie próbują zrewolucjonizować chłodzenie, wprowadzając magnesy do zimna.
Grupa z Ames Laboratory, laboratorium Wydziału Energii na Iowa State University, zbudowała prototypową jednostkę chłodniczą, która zamienia materiały o określonych właściwościach magnetycznych w naturalne chłodziwa. W szczególności prototyp zawiera pierwiastek ziem rzadkich gadolin , który, jak twierdzą, ochłodził zawartość do 42 stopni Fahrenheita.
Chłodzenie magnetyczne może skutkować bardziej energooszczędnymi i mniejszymi systemami chłodzenia, zarówno do chłodziarek i klimatyzatorów dla konsumentów, jak i do zastosowań przemysłowych, takich jak produkcja ciekłego wodoru do zasilania ogniw paliwowych. Ale znalezienie materiałów, które chłodzą się w temperaturze pokojowej, za cenę niewymagającą dotacji rządowych, nie jest łatwe.
Naukowcy od jakiegoś czasu poszukują ulepszonych materiałów. Sercem badań jest zjawisko zwane efektem magnetokalorycznym, w którym niektóre materiały stygną pod wpływem zmiennego pola magnetycznego. Istnieją dwa wskaźniki efektu magnetokalorycznego: wyrównanie spinów elektronów w materiale – namagnesowanie – oraz rzeczywisty spadek temperatury. W styczniu naukowcy z Uniwersytetu w Amsterdamie w Holandii wykazali, że związek żelaza, manganu i arsenu wykazuje silne wyrównanie spinu elektronów, co sugerowało, że tani materiał z efektem magnetokalorycznym może być po prostu możliwy.
Jednak liczby mogą wprowadzać w błąd, mówi badacz Amesa Karl Gschneidner. Mówi, że jest problem z poleganiem na magnetyzacji. Otrzymujesz tylko [zmianę w entropii materiału], a to tylko jedna miara efektu magnetokalorycznego. Jak mówi, zmiana temperatury jest ważniejszym czynnikiem dla naukowców zainteresowanych budową magnetycznego urządzenia chłodzącego.
Istnieją inne problemy, mówi Lawrence Bennett, profesor inżynierii w Instytucie Badań Magnetycznych Uniwersytetu George'a Washingtona. Lodówki i klimatyzatory przenoszą ciepło z jednego miejsca do drugiego. Pompa spręża gaz jak freon, czyniąc go gęstym i gorącym. Gaz przepływa przez zestaw rurek; gdy rury emitują ciepło, gaz staje się zimniejszy i zamienia się w ciecz. Ciecz przetłaczana jest przez specjalny zawór, rozpręża się do jeszcze zimniejszego gazu, pochłania ciepło z wnętrza układu chłodzenia, a następnie powtarza cykl.
Aby lodówka magnetyczna działała, materiał magnetokaloryczny musi pochłaniać ciepło z jednej strony i wyrzucać je z drugiej. Jednak większość testowanych materiałów to słabe przewodniki ciepła. Ponadto najlepszymi materiałami magnetokalorycznymi są metale, ale zmieniające się pola magnetyczne wytwarzają niewielkie prądy elektryczne, które zużywają energię i mogą znacznie zmniejszyć skuteczność chłodzenia.
Takie wady powodują, że niektórzy eksperci, tacy jak Bennett, badają, czy można stworzyć nanokompozyty o niezbędnych właściwościach. W zasadzie nanokompozyty mogą być znacznie lepsze, mówi. Na przykład kompozyt jest w rzeczywistości masą maleńkich cząstek, które nie stykają się ze sobą, zatrzymując prądy elektryczne niemal natychmiast po ich uruchomieniu. Materiał magnetokaloryczny można połączyć z inną substancją, która mogłaby łatwiej rozpraszać ciepło.
Jak dotąd jednak nanokompozyty magnetokaloryczne to tylko koncepcja. Nikt nie jest jeszcze w stanie wyprodukować tego, czego potrzebujemy, mówi Bennett, chociaż wydział chemii George'a Washingtona otrzymał dotację z departamentu energii, aby spróbować.
Barrett ostrzega, że nawet jeśli taki rozwój się powiedzie, nie jest jasne, czy inżynierowie mogą zaprojektować opłacalne produkty przy użyciu tej technologii. Dlatego naukowcy będą kontynuować poszukiwania odpowiednio atrakcyjnego materiału, a magnesy pozostaną na razie na drzwiach lodówki.