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磁制冷[利用磁热效应的固态制冷方式]
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磁制冷[利用磁热效应的固态制冷方式]发展沿革近年来，人类社会的可持续发展对传统蒸汽压缩式制冷技术在环保、能效等方面提出了更高要求，发展环境友好、节能高效的新型制冷技术成为有效的解决手段之一。
磁热效应（magnetocaloric effect，MCE）是一种变化磁场下磁性材料磁矩有序度发生变化而导致的热现象。
在磁性材料被磁化时，磁矩有序度增加，磁熵减小，温度上升，向外界放出热量；退磁时，磁性材料磁矩有序度减少，磁熵增加，温度下降，自外界吸收热量。
1881 年， Warburg在金属铁中首次发现了这种现象，随后Giauque进行了绝热去磁的应用研究，并于1927年获得小于1 K的低温。
1976 年室温磁制冷技术出现了突破性进展，美国NASA的Brown采用稀土金属钆（Gd）搭建了第一台室温磁制冷样机，并引入回热概念，在7T超导磁场下获得47K无负荷制冷温跨。
基于回热器式室温系统的实践经验，1982年Barclay与Steyert 进一步提出了主动磁回热器原理（activemagnetic regenerator，AMR），并构建出主动磁制冷循环，为目前绝大多数室温磁制冷机采用。
当前室温磁制冷技术已在磁热材料研发、流程设计回热器制备工艺、磁路设计等方面获得了不小的进步。
1997年Gschneidner 和Gschneidner发现了GdSiGe基材料的巨磁热效应，随后胡凤霞等发现了比 Gd 绝热温变更大且价格更便宜的LaFeSi基材料；当单层 AMR 技术满足不了制冷性能的需求时，通过元素调节和掺杂可以调节材料的居里温度点，为多层AMR 的应用奠定了材料学基础。
这些材料方面的进展带动了近期室温磁制冷的研究热潮，据2015 年统计数据，自1976年以来已公布的室温整机系统达到48台，其中近五年的样机数量占据总数的43%，这也标志着室温磁制冷技术进入了快速发展的阶段。
近年来，在磁制冷循环、数值模拟与样机等方面，室温磁制冷技术已出现了不错的进展: 许多学者通过热力学分析对磁制冷循环进行理论研究，提出了复合式磁制冷循环和耦合回热式制冷的主动磁制冷循环等概念；由于磁制冷系统的数值模型涉及磁、热、流体等多个物理场的耦合，数值仿真模型比较复杂，也已逐步构建出不同维度的仿真模型；随着对运行机理理解的深入，室温磁制冷样机的形式也在不断演化，例如旋转回热器/磁体系统等。
制冷空调新技术 第4章 磁制冷技术
臭氧层空洞 (Ozone depletion)
NASA (Wikipedia)
温室效应(Global warming)
Willis Carrier
Wikipedia
磁制冷作为一种环境友好的制冷技术，因效率可以达到卡诺循环的 30% ～ 60%（是气体压缩制冷技术的6倍），而受到了关注！
1. 磁热效应及原理
磁制冷的工作过程示意图
磁制冷工作原理示意图
磁制冷的热力循环
A→B：等温磁化 B→C：绝热去磁 C→D：等温去磁 D→A：绝热磁化
磁制冷的热力循环
两个等温过程 两个非绝热去磁过程
磁制冷的热力循环
两个等磁过程 两个绝热过程
磁制冷的热力循环
两个等温过程 两个等磁过程
磁制冷的热力循环
四种磁制冷循环的比较
反钙钛矿结构化合物虽然能在较宽的温度区间内保持较大的磁熵变，但是其居里温度远离室温，今后的研究重点在如何调节其居里温度在室温附近。
室温区（80K-室温） 在大于80K的温区，因为此时温度较高，晶格熵较大，顺磁工质已不适宜用作制冷工质了，需要用铁磁工质。主要包括4大系列：（1）Gd基系列合金;（2）Mn基系列合金；（3）LaFeSi基系列合金；（4）Heusler合金。
Gd基系列合金材料
Gd金属及其合金一直都是最具代表性的铁磁性材料，也是研究最为广泛的室温磁制冷材料，通常被作为研究其他材料的基准量。这主要是因为： Gd的顺磁相到铁磁相的转变属于二级相变，具有较大的磁矩； Gd金属4f层有7个未成对的电子，具有较高的自旋磁矩，磁热效应显著； 具有良好的导热性及较好的加工型； 金属Gd的居里温度（293K）正好在室温附近，且在居里温度处，0-5T磁场变化下最大的磁熵变ΔSmax约为9.5J/(kg·K)，最大绝热温变ΔTad约为12K。
磁制冷材料原理方式
磁制冷材料原理方式磁制冷技术是一种新兴的绿色冷却方式，它利用磁场来实现冷却效果。
磁制冷材料是磁制冷技术的核心组成部分，它们通过变化磁场来实现磁定态和磁熵变。
本文将深入探讨磁制冷材料的原理方式，以期帮助读者更好地理解这一领域。
我们需要了解磁制冷材料的基本原理。
磁制冷是利用磁矢势进行换热的一种方法，其基本原理是在磁场中通过改变磁场强度或方向实现温度变化。
这种冷却方式是根据磁定态和磁熵变的原理实现的。
磁定态是指在磁场中磁矢势保持不变的状态。
磁制冷材料可以通过改变温度和磁场之间的关系来实现磁定态。
具体而言，当磁场增加时，磁制冷材料的温度会降低，而当磁场减小时，温度会升高。
这种磁定态的变化很大程度上依赖于材料的磁熵变。
磁熵变是指在磁场变化过程中，磁制冷材料的熵发生变化。
熵是物质微观状态的度量，它可以看作是物质的有序程度的度量。
磁制冷材料的熵随着磁场变化会发生变化，从而导致温度的变化。
磁制冷材料的原理方式主要有以下几种：1. 磁气制冷原理方式：这种方式是利用磁矢势对气体进行换热。
磁气制冷材料通常包括铁磁性材料和非铁磁性材料。
在磁场中，铁磁性材料的磁矢势随着温度的变化而变化，从而实现冷却效果。
非铁磁性材料通常通过调整材料的磁负熵效应来实现冷却。
2. 磁致冷原理方式：这种方式是利用磁矢势对固体材料进行换热。
磁致冷材料通常包括铁磁性材料和磁形状记忆合金。
在磁场中，铁磁性材料的磁矢势随着温度的变化而变化，从而实现冷却效果。
磁形状记忆合金则通过改变其形状来实现冷却效果。
3. 磁化力致冷原理方式：这种方式是利用磁矢势对液体材料进行换热。
磁化力致冷材料通常包括铁磁液体和磁流体。
在磁场中，铁磁液体的磁矢势随着温度的变化而变化，从而实现冷却效果。
磁流体则通过调整其磁流变性能来实现冷却效果。
总结回顾一下，磁制冷材料的原理方式主要包括磁气制冷、磁致冷和磁化力致冷。
这些原理方式都是通过改变磁场来实现温度变化，从而实现冷却效果。
磁制冷材料的磁定态和磁熵变是实现磁制冷效果的关键。
磁制冷
磁制冷一、定义：磁制冷就是利用磁热效应，又称磁卡效应 (MagnetoCaloric Effect) 的制冷方式.二、原理：磁热效应是指融制冷工质在等温磁化时向外界放出热量，而绝热去磁时温度降低，从外界吸收热量的现象。
磁制冷技术中的制冷工质是固态的磁性材料.我们知道，物质由原子构成，原子由电子和原子核构成，电子有自旋磁矩还有轨道磁矩，这使得有些物质的原子或离子带有磁矩。
磁性材料的离子或原子磁矩在无外磁场时是杂乱无章的，加外磁场后，原子的磁矩沿外磁场取向排列，使磁矩有序化，从而减少材料的磁惰，因而会向外放出热量；而一旦去掉外磁场，材料系统的磁有序减小，磁惰增大，因而会从外界吸收热量。
磁惰是温度和磁场的函数，如果把这样两个绝热去磁引起的吸热过程和绝热磁化引起的放热过程用一个循环连接起来，通过外加磁场，有意识地控制磁惰，就可使得磁性材料不断地从一端吸热而在另一端放热，从而达到制冷的目的。
磁制冷原理示意图三、两种环境下的磁制冷1、低温磁制冷在16K以下的极低温区，由于固体的晶格振动和传导电子的热运动可以忽略，故磁离子系统的磁熵变近似等于整个固体的总熵变这种情况下，磁制冷采用卡诺循环，磁材料用稀土顺磁盐。
磁制冷卡诺循环如图1和图2所示。
它由四个过程组成：1－2 为等温磁化（排放热量）：热开关TS1闭合，TS2断开，磁场施加于磁工质上使熵减小，通过高温热源与磁工质的热端连接，热量从磁工质传入高温热源。
2－3 为绝热退磁（温度降低）：热开关TS1断开，TS2仍然断开，逐渐移去磁场，磁工质内自旋系统逐渐无序，在退磁过程中消耗内能，使磁工质温度下降到低温热源温度。
3－4 为等温退磁（吸收热量制冷）：TS2闭合，TS1仍然断开，磁场继续减弱，磁工质从热源hs吸热。
4－1 为绝热磁化（温度升高）：断开TS2，TS1仍然断开，施加一较小磁场，磁工质温度逐渐上升到高温热源温度。
图2 磁制冷卡诺循环已开发出的磁材料有：钆镓石榴（Gd3Ga5O12）、镝铝石榴石（Dy3Al5O12）、钆镓铝石榴石（Gd3（Ga1-xAl2）5O12,x=(0.1—0.4)。
磁制冷的历史及进展
磁制冷的历史及进展现代社会的发展和生活质量的提高要求有舒适的环境，作为现代科学血液的制冷技术在近200年逐步发展和成熟，给人类的生活带来了舒适和享受，也给科学和技术提供了研究和使用平台。
因为人类能源有近三分之一消耗在制冷上，因此制冷技术的状况对人类的生存和可持续发展就显得极为重要。
从技术层面上说，制冷按照使用原理的不同主要有液体汽化制冷、气体膨胀制冷、吸收制冷、吸附制冷、热电制冷、涡流管制冷、热声制冷、脉冲管制冷以及磁制冷等多种形式，但目前的主流制冷方式是液体汽化制冷。
液体汽化制冷大量使用的氟里昂会对大气构成严重的污染：它不但破坏大气层上空的臭氧环境（R12，R22，R502等制冷性能优良的主流制冷剂），而且还具有大的温室效应（R134a和R152a等目前所谓的替代品氟里昂），此外新近在冰箱上尝试使用的异丁烷600a也存在燃爆性这样的安全问题。
因为制冷与我们的生活息息相关，它直接影响了能源的使用和环境的质量，因此研究和发展节能、安全、环保的新型制冷方式就非常迫切，而且意义重大磁制冷的研究可追溯到十九世纪。
磁性材料有磁热效应的第一个例子是铁，它在1888年首先由Warburg在实验中观察到。
而磁制冷作为一种制冷方式的可能性则在1926年由Debye 和Giauque阐明。
1933年，W.F.Giauque和D.P.Mac Dougall利用磁热效应进行绝热去磁冷却顺磁盐成功。
到今天，使用核去磁人类已经可以达到10-8K的极低温度，但那种制冷方式没有循环可言。
构成循环的磁制冷因为其过程的可逆性而在理论上具有最高的循环效率，而且没有压缩机，所以就成了物理学家梦寐以求的制冷方式。
但后来的研究仅仅在极低温领域（绝对零度附近）获得成功，并且早已生产出了氦的磁制冷液化设备。
在室温磁制冷部分则经历了太多的失败后长期停滞不前，一直没有什么大的进展。
和低温下的磁制冷不同，室温磁制冷因为热扰动的加剧和超高磁场获得的困难，所以在循环方式、磁制冷工质以及系统设计上都有特殊的要求，实现起来十分艰难，从而长期裹足不前。
磁制冷历史背景
1881年Warburg首先观察到金属铁在外加磁场中的热效应。
1907年，Langevin第一次展示通过改变顺磁材料的磁化强度导致可逆温度变化。
1926年Debye，1927年Giuque两位科学家分别从理论上推导出可以利用绝热去磁制冷的结论后，极大地促进了磁制冷的发展。
1933年Giauque等人以顺磁盐Gd，(so,)，·890为工质成功获得了lK以下的超低温，从此，在超低温范围内，磁制冷发挥了很大的作用，一直到现在这种超低温磁制冷技术已经很成熟。
随着磁制冷技术的迅速发展，其研究工作也逐步从低温向高温发展。
1976年，美国NASA Lewis和G．V．Brown首先采用金属Gd为磁制冷介质，采用Stiring循环，在7T磁场下进行了室温磁制冷试验，开创了室温磁制冷的新纪元，人们开始转向寻找高性能的窀温磁致冷材料的研究。
早在1881年，Warburg首先观察到了金属铁在外加磁场中的热效应【1l】。
后来，Telsall2】利用磁热效应设计了300 K 附近的磁制冷机并申请了专利，但在当时以及后来的很多年并没有引起人们的重视。
直到1926年，Debye从理论上推导出可以利用绝热去磁制冷的结论以后，磁制冷技术才逐步发展起来，现已成为低温制冷的标准方法【13’141。
．历史上磁制冷主要从低温区(T<20目、高"Wrtn E(20<T<80 K)这两个温区进行研究，并且这两个温区的制冷技术已经比较成熟，而室温磁制冷技术的研究则起步较晚。
温区的磁制冷无论是从制冷工质还是循环路线都己研究得比较透彻，T<20K这个温区是利用磁卡诺循环进行制冷，工作材料主要是顺磁性物质，80 K～室温这一温区的研究，尤其是室温附近的磁制冷工质的研究到目前为止仍处于初级阶段。
因温度高，晶格熵增大，顺磁工质己不适宜作为这一温区的磁制冷工质，取而代之的则为铁磁性工质，寻找该温区的理想磁制冷工质则是人们一直追求的目标。
磁制冷让冰箱告别化学制冷剂绿色环保更高效
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磁制冷让冰箱告别化学制冷剂绿色环保更高效
在近来兴起的智能家居浪潮中，冰箱也在变得越来越智能化，但是如今的冰箱依然采用将近一百年没变的压缩制冷原理，依然离不开压缩机、冷凝管和含氟制冷剂，而这些制冷剂不是破坏臭氧层就是产生温室气体。
磁制冷技术的制冷原理是“磁热效应”，也就是固体磁性材料在外加磁场发生变化时温度随之变化的效应一一例如铁磁性材料进入磁场时温度升高、离开磁场时温度降低。
这种磁场导致的温度变化与磁性材料的原子晶格结构变化有关，而通过导热液体（比如水）将磁性材料产生的低温传导出去，就能帮助冰箱制冷。
利用这种旋转式磁热效应可以大大减少制冷机的能耗，而且为打造更简便、更高效、更紧凑的磁制冷系统开启了大门，让磁制冷技术离走向家居和工业
应用更近了
•H 刚Iradi 刊ion
* Magnetic field。
磁制冷技术
磁制冷技术摘要：传统压缩制冷技术广泛应用于各行各业，形成了庞大的产业，但它存在两个明显的缺陷：制冷效率低且氟利昂工质的泄漏会破坏大气臭氧层。
根据蒙特利尔协议到 2000 年将全面禁止氟利昂的生产和使用，使制冷行业面临一场变革。
现在大力研究开发的无氟替代制冷剂，基本上可以克服破坏大气臭氧层的缺陷，但仍保留了制冷效率低、能耗大的缺陷，而且有的还会产生温室效应等，不是根本解决办法。
磁制冷因具有高效节能、无环境污染、运行可靠、尺寸小、重量轻等优点，且完全具有替换气体压缩制冷的可能，引起了广泛的关注。
所谓磁制冷,即指借助磁制冷材料（磁工质）的磁热效应(MagnetocaIoric Effect，MCE），在等温磁化时向外界排放热量，退磁时从外界吸取热量，从而达到制冷目的。
关键词：磁制冷、无污染、高效节能引言：磁制冷技术是一种极具发展潜力的制冷技术。
其具有节能、环保的特点。
作为磁制冷技术的心脏，磁制冷材料的性能直接影响到磁制冷的功率和效率等性能。
根据蒙特利尔协议，到2000年将逐步禁止氟利昂的生产和使用，使氟利昂压缩制冷面临困境。
磁制冷作为一项高新绿色制冷技术，与传统压缩制冷相比具有如下竞争优势：无环境污染：由于工质本身为固体材料以及可用水来作为传热介质，消除了因使用氟利昂、氨及碳氢化合物等制冷剂所带来的破坏臭氧层、有毒、易泄漏、易燃、易爆等损害环境的缺陷；高效节能：磁制冷的效率可达到卡诺循环的30% ~ 60%，而气体压缩制冷一般仅为 5 % ~ l0%，节能优势显著；易于小型化：由于磁工质是固体，其熵密度远远大于气体的熵密度，因而易于做到小型化；稳定可靠；由于无需压缩机，运动部件少且转速缓慢可大幅降低振动与噪音，可靠性高，寿命长，便于维修。
1976年美国国家航空航天局的G.V.Brown[2]首次将磁制冷技术应用于室温范围，采用金属Gd作为磁制冷工质，在7T的超导磁场和无热负荷的条件下获得了47K的温度差。
第四章-稀土磁致冷材料学习资料
第四章稀土磁制冷材料制冷就是使某一空间内物体的温度低于周围环境介质的温度，并维持这一低温的过程。
所谓环境介质通常指自然界的空气和水，为了使某物体或某空间达到并维持所需的低温，就得不断地从它们中间取出热量并转移到环境介质中去，这个不断地从被冷却物体取出热量并转移的过程就是制冷过程。
制冷方法主要有三种：（1）利用气体膨胀产生的冷效应实现制冷。
这是目前广泛采用的制冷方法。
（2）利用物质相变(如融化、液化、升华、磁相变)的吸热效应实现制冷。
（3）利用半导体的温差电效应实现制冷。
目前，传统气体压缩制冷已经广泛应用于各种场合，其技术相当成熟。
但是随着人们对效率和环保的重视，气体压缩制冷的低效率和危害环境这两个缺点变得日益明显。
一是传统的气体压缩制冷效率低，只能达到卡诺循环的5%～10%，且能效比小；二是氟利昂工质易泄漏，破坏臭氧层，造成环境污染。
现在大力研究开发的无氟替代制冷剂，基本上可以克服破坏大气臭氧层的缺陷，但仍保留了制冷效率低、能耗大的缺陷，而且有的还会产生温室效应等，不是根本解决办法。
磁制冷作为一项高效率的绿色制冷技术，而被世人关注。
由于磁制冷工质本身为固体材料以及可用水作为传热介质，消除了气体压缩制冷中因使用氟利昂、氨及碳氢化合物等制冷剂所带来的破坏臭氧层、有毒、易泄漏、易燃、易爆等损害环境的缺陷；磁制冷的效率可达到卡诺循环的30%～60%，节能优势显著；此外，与气体压缩制冷相比，磁制冷还具有熵密高、体积小、结构简单、噪音小、寿命长以及便于维修等特点。
作为磁制冷技术的心脏，磁制冷材料的性能直接影响到磁制冷的功率和效率等性能，因而性能优异的磁制冷材料的研究激发了人们极大的兴趣。
当前，磁制冷已在低温区得到广泛的应用。
目前由于氟利昂气体的禁用，温室磁制冷的研究已成为国际前沿研究课题。
4.1 磁制冷基本概念(1) 磁致热效应铁磁体受磁场作用后，在绝热情况下，发生温度上升或下降的现象，称磁致热效应。
(2) 磁熵磁致热效应是自旋熵变化的结果，它是与温度、磁场等因素有关的物理量。
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一、磁制冷的背景知识磁制冷是一种全新的制冷技术，磁制冷利用的是固态工质，它具有较大的密度，与通常的紧缩气体制冷方式相较，磁制冷机的体积较小。
磁制冷机利用磁场转变来取代压力转变，因此在整个系统中省去了紧缩机等运动机械，因此结构相对简单，振动和噪音也大幅降低。
另一方面，固态工质使得所有的热互换能在液态和固态之间进行，因此磁制冷机的功耗低，效率高，另外磁制冷技术最突出的优势是再也不利用对大气臭氧层有破坏作用的氟里昂作制冷剂，因此被称为无污染的绿色环保制冷技术。
可见在追求绿色环保的今天，开发、研究和利用以磁制冷材料为先导的磁制冷技术已成为当前制冷工程中一项重要课题。
二、磁制冷的大体原理当把磁性物质放入磁场时，磁矩沿磁化方向择优取向，在等温条件下，致使材料的磁熵下降，有序度增加，磁性材料向外界放热；当磁场强度减弱时，由于磁性粒子的热运动，其磁矩又开始磁制冷，是指以磁热材料为工质的一种新型的制冷技术，其大体原理是借助磁制冷材料的磁热效应，即磁制冷材料在等温磁化时向外界放出热量，而在等温退磁时从外界吸收热量。
磁性物质是由具有磁矩的磁性粒子组成的物体，它具有必然的热运动或振动，当没有外加磁场时磁性物质内磁矩的取向是无规那么的，现在相应的磁熵较大，恢复到无序状态，等温的条件下磁熵增加，磁性材料从外界吸收热量，从而达到制冷的目的。
1.其具体原理如图a-b进程是磁热材料在外磁场作用下的励磁进程现在磁热材料的磁矩由无序到有序，磁熵增大；b-c进程是磁热材料在等磁矩下向外界放热；同理c-d进程是磁热材料的退磁进程现在磁热材料的磁矩由有序到无序，磁熵增减小；然后d-a进程是磁热材料在等磁矩下向外界吸热，在整个循环中磁工质向外界吸收的热量大于其向外放出的热量，最终达到使外界温度降低。
3 磁制冷的几种循环进程磁制冷循环是将磁性材料在高温环境加磁场放热和在低温环境退磁场吸热进程连接起来，而实现的制冷进程。
依照不同的连接方式，可分为四种不同的循环方式：布雷顿循环，卡诺循环，斯特林循环及埃克森循环3.1 卡诺循环卡诺循环是最理想的进程：由等温放热，绝热退磁，等温吸热和绝热磁化四个进程组成。
低温磁制冷技术的应用与发展
低温磁制冷技术的应用与发展摘要：随着制冷与低温工程的发展，人们面临着环境的再次挑战，臭氧层的破坏和温室效应与一些制冷剂的使用和泄露有密切的联系，因此有必要找到一种更有效更环保的制冷方法，所以磁制冷以其自身的特点具有更广阔的应用前景。
引言臭氧层是指距地球表面10至50公里的大气层中由臭氧构成的气层。
臭氧是一种气体，其分子结构为三个氧原子，即O3。
臭氧层的主要功能在于吸收来自宇宙的紫外线，使地球上的万物免受紫外线辐射的危害，所以，臭氧层被称之为地球的保护伞。
但如今，臭氧层已被人类严重破坏，本世纪开始人类大量使用高度稳定的合成化合物，如空调器、冰箱工业、溶剂、航空航天用制冷剂、喷雾剂、清洗剂中含氯氟烃化合的挥发出来，通过复杂的物理化学过程与臭氧发生化学反应而将其摧毁。
为了防止生产和使用氟氯碳类化合物造成的大气臭氧层的破坏，到2000年全世界将限制和禁止使用氟里昂制冷剂，我国于1991年6月加入这个国际公约并做出规定，到2010年我国将禁止生产和使用氟里昂等氯氟烃和氢氯氟烃类化合物。
因此，需要加快研究开发无害的新型制冷剂或不使用氟里昂制冷剂的其它类型制冷技术。
本世纪二十年代末，科学家发现了磁性物质在磁场作用下温度升高的现象，即磁热效应。
随后许多科学家和工程师对具有磁热效应的材料、磁制冷技术及装置进行了大量的研究开发工作。
磁制冷原理及特点[1]⑴磁制冷就是利用磁热效应，又称磁卡效应(Magneto-Caloric Effect ,MCE)的制冷。
磁热效应是指磁制冷工质在等温磁化时向外界放出热量，而绝热去磁时温度降低，从外界吸收热量的现象。
例如对于铁磁性材料来说，磁热效应在它的居里温度(磁有序-无序转变的温度)附近最为显著，当作用有外磁场时，该材料的磁熵值降低并放出热量;反之，当去除外磁场时，材料的磁熵值升高并吸收热量，这和气体的压缩-膨胀过程中所引起的放热-吸热的现象相似。
其原理图如图1-1所示磁热效应热力学基础[2]顺磁体的物质，磁化强度M是(H/T)的函数，当H/T≤6×105A/(m.K)时，其关系式为：(1) 式中，Cc称为居里常数，(m3.k/mol) (2) 有(1-1)得(3)这是顺磁态物质的物态方程式，与理想气体状态方程式相似，由热力学定律，对于单位体积磁介质H (4)比较纯物质的热力学基本方程(5)可以看出，对于磁介质 H相当于纯物质的P，µ0M相当于纯物质的V。
磁制冷
“后金融危机时期，家电行业应努力实现产业的转型升级，力争在下一轮经济增长中的培育坚实的竞争实力。
”中国家用电器协会理事长姜风在2010年中国家用电器技术大会上如此表示。
而就在这次技术大会上记者看到，国内的家电企业、科研院所在家电相关材料的技术研发和产品创新上从未松懈。
本次技术大会演讲所涉及的材料范围非常广泛，包括磁制冷材料、工程塑料、铜铝合金、环保型发泡剂与聚氨酯等;既有前瞻性的技术发展趋势，也有已经成熟化的实用技术，为家电行业技术升级、产品创新开启了全新发展思路。
随着全球环保问题的日益严峻，以及蒙特利尔议定书、京都议定书的双重管控，全球制冷行业正在努力寻找替代HCFC物质的环境友好的制冷剂。
而本次技术大会上北京工业大学的刘丹敏教授介绍的磁制冷材料为制冷剂替代开辟了一条新途径。
磁制冷是以磁性材料为制冷工质的制冷技术。
磁工质被磁化时磁熵下降，向外界放热;当外加磁场减弱时，磁熵增加，磁工质从外界吸热。
据刘丹敏教授介绍，与传统制冷技术相比，磁制冷具有效率高、无污染、耗能低、安全可靠等优点;制冷效率可以达到卡诺循环的30~60%，COP值可以达到10。
目前来看，磁制冷仍属于前沿技术，适用于磁制冷材料的磁制冷试验机还在研制中，但这种突破了传统观念的制冷方式为制冷行业带来的不仅仅是可借鉴的发展思路，更为企业带来了全新的发展空间和机遇。
兴荣高科在会上介绍了一种可节约铜材80%以上且性能优良的铜铝复合管(ACC)技术。
ACC管的外侧采用防锈铝合金，内侧为无氧铜，它将铜的良好瞬间吸热能力和铝的良好的散热能力相结合，因而具有优良的传热性能。
采用内螺纹ACC管制造的空调器，整机能效比比采用内螺纹铜管高0~5%;同时杜绝了传统空调中铜管与铝翅片间的电化学腐蚀，空调寿命周期内能效比衰减缓慢。
据兴荣高科李福生介绍，经过国外某空调公司一年半的苛刻检验，目前其总部批准在4个机型上采用ACC管取代以前的内螺纹铜管，并取得了制冷能效比(EER)提高3.2%、制热能效比(EER)提高4%的效果，目前已进入批量采购阶段。
磁制冷——节能环保的绿色制冷技术
可再生能源
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研究与试验
磁 制 冷 —节 —— 能 环 保 的 绿 色 制 冷 技 术
周水洪
（华南理工大学 交通学院 3 广东 广州 摘
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研究与试验
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在绝热过程中， 系统熵变为零， 即：
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磁制冷机的研究进展 根据温度的不同 % 可将制冷温区划分为极低
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当绝热磁化时， 工质内的分子磁矩排列将由 混乱无序趋于与外加磁场同向平行， 根据系统论 观点， 度量无序度的磁化熵减少了， 即 !!&10 ， 所 故工质温度升高； 当绝热去磁时， 情况 以 !!"23 ， 刚好相反， 使工质温度降低， 从而达到制冷目的。 这种制冷方法就是绝热去磁制冷法， 也就是我们 所说的磁制冷。
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磁热效应 （"#$） 的表征参数及测试方法 磁制冷材料的性能主要决定于以下参数： 磁
有 序 化 温 度 —磁 —— 相 变 点 （如 居 里 点 "4、 奈尔点 、一定的外加磁场变化下磁有序化温度附 "5 等） 近的磁热效应。磁有序化温度是指从高温冷却 顺 磁6亚 铁 磁 等 类 型 的 时， 发生诸如顺磁 6 铁 磁 、 磁有序化 （相变） 的转变温度。磁热效应 （&4- ） 一 般用等温磁熵变 !!& 或绝热温变 !"78 来表征。 一般对于同一磁致冷材料而言 9 外加磁场强度变 化越大 % 磁热效应就越大； 不同磁致冷材料在相同 的外加磁场强度变化下 % 在各自居里点处的 : !!&: 或 !"78 越大.表明该磁制冷材料的 &4- 就越大。 根据热力学推导， 可得
斯特林磁性制冷循环物理初中年级知识
斯特林磁性制冷循环物理初中年级知识
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快一起来阅读斯特林磁性制冷循环物理初中年级知识吧~斯特林磁性制冷循环（Stirlingmagneticcoolingcycle）斯特林磁性制冷循环(Stirlingmagneticcoolingcycle)这是在室温磁制冷中，由两个等温过程和两个等磁化过程构成的磁热力学循环。
此循环由图可见Ⅰ为等温增磁过程;Ⅱ为等磁化升温过程;Ⅲ为等温去磁过程;Ⅳ为等磁化冷却过程。
由查字典物理网独家提供斯特林磁性制冷循环物理初中年级知识，希望给大家提供帮助。
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冰磁制冷原理
冰磁制冷原理冰磁制冷的原理主要涉及到三种效应：1. 磁热效应磁热效应是指磁性材料在外加磁场下，其温度会发生变化的现象。
这是由于材料中的磁矩在外加磁场的作用下发生定向排列，从而改变了材料的熵值，最终导致温度发生变化。
这种效应已经被广泛应用于航空航天、电子等领域中。
磁熵效应是指材料在磁相变过程中，伴随着的熵变现象。
磁相变是指材料在温度或压力的变化下，由于其磁性的变化而发生相变的一种现象。
在磁相变过程中，材料的熵值会发生变化，从而对温度和热量的变化产生影响。
利用磁熵效应，可以实现低温制冷和高温供热等应用。
在实际应用中，冰磁制冷的原理主要体现在冰磁材料上。
一般来说，冰磁材料的选择需要考虑其磁热量、热容量、自旋、相互作用和磁畴结构等因素。
冰磁制冷材料通常由过渡金属、稀土元素和合金类组成。
过渡金属和稀土元素具有较强的自旋-轨道耦合效应和磁性，对于材料的磁学行为有着重要的影响。
而合金类材料，由于其相互作用与局部结构的变化，使得材料在变温过程中具有优异的磁热量和热容量表现。
冰磁制冷的原理是利用磁热效应、磁熵效应和磁相变效应，通过材料在外加磁场的作用下发生磁相变现象，吸收或释放热量，实现制冷的目的。
这种新颖的制冷技术是一种高效环保、低噪音、低能耗、小体积、易于控制的制冷方式，并具有广泛的应用前景。
冰磁制冷的应用非常广泛。
冰磁制冷可以用于制冷行业。
当前，我们常见的家用制冷设备，比如冰箱、空调等，大多采用压缩机制冷或吸收式制冷。
这类制冷技术存在着能耗高、噪音大、环境污染和制冷效率不高等问题。
相比之下，冰磁制冷具有环保节能、低噪音、制冷效率高等优点，有望成为制冷领域的主流技术。
冰磁制冷还可广泛应用于生命科学行业。
生命科学研究中，需要对生物样品进行冷冻保存或冷藏，同时又需要避免长时间的高温胁迫。
传统的冷冻保存和冷藏技术，对物质的稳定性和质量保证存在一定困难，同时也需要大量的能源消耗。
而冰磁制冷可有效解决这些问题，提高生物样品的保存质量和稳定性。
室温磁制冷工质材料
室温磁制冷工质材料摘要 室温磁制冷技术作为一项新兴的、极具发展潜力的高新制冷技术，具有节能、环保的显著有点。
在如今生态环境污染极为严重的形势下，该技术已日益受到人们的重视。
磁制冷技术是以磁制冷材料为工质的一项制冷技术, 其基本原理是借助磁制冷材料的磁热效应, 通过磁化和去磁过程的反复循环而达到制冷目的的。
在不远的将来，磁制冷技术有望取代传统的压缩制冷方式, 用于家用、工业、商业、医疗卫生事业等领域使用的制冷器, 因而室温磁制冷技术有着广泛的经济效益及社会效益。
关键词 磁制冷；磁热效应；居里温度；室温磁制冷材料；磁制冷技术1.磁制冷技术简介1.1 磁热效应磁热效应又称磁卡效应，是磁性材料的一种固有特性，是指由外磁场的变化引起材料的内部磁熵的改变并伴随着材料的吸热和放热。
1881年Warburg 首先发现金属铁在外加磁场中的磁热效应 ）；MCE ic gnetocalor ,(Ma 随后，Debye 和Cisuque 分别解释了磁热效应的本质，并提出在实际应用中利用绝热退磁过程获得超低温；近年来在温室范围利用磁热效应制冷也有了很大的发展。
无论在室温区还是在低温区，磁性材料热效应的大小是决定其制冷能力的关键。
磁热效应是所有磁性材料的固有本质。
如下图1，常压下磁体的熵S(T,H)是磁场强度H 和绝对温度T 的函数，它由磁熵)(T S H 、电子熵)(T S E 和晶格熵)(T S L 三部分组成，即：S(T,H)=S M (T,H)+S L (T)+S E (T) 式(1) 其中，M S 是T 和H 的函数，L S 和E S 都仅是T 的函数，因此只有磁熵M S 可以通过改变外场而加以控制。
图1磁热效应S-T示意图[3](a)无外场时H=0； (b)磁化时H>0； (c)退磁到H=0时图2 磁制冷原理示意图[3]物质由原子构成，原子由电子和原子核构成，电子有自旋磁矩还有轨道磁矩，这使得有些物质的原子或离子带有磁矩。
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外加磁场增大，磁工质温度上升，有较好
的回热，并可获得较大温差，所以研
究广泛。
而且它兼顾卡诺循环可埃里克森
循环的优点，制冷温跨大，
回热过程短。其绝热退磁与
绝热磁化过程不需要回热。
3.3斯特林循环
包括等温磁化，等磁矩冷却，
等温退磁和等磁矩升温过程
A-D等磁矩放热；D-C等温磁化；C-B等磁矩吸热；B-A等温退磁。
如图B-A等温吸热；A-D绝热退磁；D-C等温放热；C-B绝热磁化。ABCD所围成的面积即为此循环的制冷量。
特点：
在绝热中熵不变，对低温区（T<20K)
可忽略晶格熵，但高温区，特别是对于接
近室温区，此时晶格震动剧烈，晶格熵较大，不能忽略，因此可参与制冷
的有效熵（即磁熵）变小，则卡诺循环就不再适用
所以，需要增加蓄冷器来提高其效率（可冷却
晶格体系，消去热负载，所以制冷区域
宽）。
3.2布雷诺循环
包括等磁化放热，绝热退磁
等磁化吸热，绝热磁化过程
B-A绝热退磁；C-B等磁吸热；D-C绝热磁化；A-D等磁化放热。
ABCD所围成的面积即为此循环的制冷量
特点
等磁场过程
循环中磁工质从外界获取或排出熵，并且温度上
升或下降，两等熵过程，系统熵保持不变
2》在绝热条件下，dS=0;
积分可求得绝热温变
3》等磁场条件下，dH=0
制冷能力（简称RCP）：在曲线中△Sm-T，在半峰宽的温度范围内所夹的面积，表示为
如果通过实验测得M（T，H）及 ，根据式（9），（11），（13）可求得 ， ，RCP
由体系的Gibbs函数微分可得到：
磁熵
磁化强度
熵的全微分
在恒定磁场下，定义磁比热
由方程（1），（2）可以得到
式（5）就是Maxwell关系，将(4)、(5)式代入(3)式得：
对于(6)式作如下讨论：
1》等温条件下，dT=0，
对(7)式积分可求得磁熵变
实际计算中把积分转变成求和进行计算，即：
其中Mi和Mi+1分别是温度为Ti和Ti+1，外磁场为Hi时的磁化强度，△Hi为所加外磁场的步长。
1、磁制冷的背景知识
磁制冷是一种全新的制冷技术，磁制冷使用的是固态工质，它具有较大的密度，与通常的压缩气体制冷方式相比，磁制冷机的体积较小。磁制冷机利用磁场变化来取代压力变化，所以在整个系统中省去了压缩机等运动机械，因此结构相对简单，振动和噪音也大幅降低。另一方面，固态工质使得所有的热交换能在液态和固态之间进行，因而磁制冷机的功耗低，效率高，此外磁制冷技术最突出的优点是不再使用对大气臭氧层有破坏作用的氟里昂作制冷剂，因此被称为无污染的绿色环保制冷技术。
可见在追求绿色环保的今天，开发、研究和利用以磁制冷材料为先导的磁制冷
技术已成为当前制冷工程中一项重要课题。
2、磁制冷的基本原理
当把磁性物质放入磁场时，磁矩沿磁化方向择优取向，在等温条件下，导致材料的磁熵下降，有序度增加，磁性材料向外界放热；当磁场强度减弱时，由于磁性粒子的热运动，其磁矩又开始磁制冷，是指以磁热材料为工质的一种新型的制冷技术，其基本原理是借助磁制冷材料的磁热效应，即磁制冷材料在等温磁化时向外界放出热量，而在等温退磁时从外界吸收热量。磁性物质是由具有磁矩的磁性粒子组成的物体，它具有一定的热运动或振动，当没有外加磁场时磁性物质内磁矩的取向是无规则的，此时相应的磁熵较大，恢复到无序状态，等温的条件下磁熵增加，磁性材料从外界吸收热量，从而达到制冷的目的。
到几十K。
四磁热效应的热力学基础
根据热力学理论，磁热效应是通过磁场的作用，使磁熵发生改变而导致材料温度的变化。磁性材料在磁场为H，温度为T，压力为P的体系中，其热力学性质可用Gibbs自由能G（H，T，P）来描述
磁系统的吉布斯(Gibbs)自由能G（H，T，P）写成全微分的形式就是
注：因磁性材料为固体，可忽略体积膨胀，不考虑压力P的影响)
此时A-D过程放出的热量正好为过程C-B所吸收；在S-T图上C-B过程与坐标轴T所围成的面积等于A-D过程与坐标轴T所围成的面积；这样循环只在等温退磁过程B-A从热源吸热，在
等温磁化D-C向冷源放热，即ABCD所围成的面积同样为此循环的制冷量
特点
包括等温磁化，等磁冷却，
等温退磁和等磁矩升温过程。主要通过等温
磁化，向高温热源放热，经过等磁化强度去
磁，再进一步等温去磁，从低温热源吸热，
最终以等磁化强度过程结束。
其主要不同于卡诺的是在等磁
矩过程中系统的磁熵发生变化，
两个回热过程吸放热量相等。其制冷系数=理想卡诺系数，理想型。3.4埃里克森循环
包括等温磁化，等磁场冷却
等温退磁和零磁场下温度回升这
四个过程
B-A等温磁化；C-B等磁化吸热；D-C等温退磁；A-D等磁化放热
3磁制冷的几种循环过程
磁制冷循环是将磁性材料在高温环境加磁场放热和在低温环境退磁场吸热过程连接起来，而实现的制冷过程。根据不同的连接方式，可分为四种不同的循环方式：布雷顿循环，卡诺循环，斯特林循环及埃克森循环
3.1卡诺循环
卡诺循环是最理想的过程：
由等温放热，绝热退磁， 等温吸热
和绝热磁化四个过程组成。
ABCD所围成的面积即为此循环的制冷量
特点
从低温源吸热，高温端放热。由于
两个等磁场强度过程从回热器吸热和向回热器
放热不等，致使其制冷系数小于同样温度下磁
卡诺循环的制冷系数，所以不具有理想回热。
但它有较大温差，操作简单。
（两个等温两个等场）
高温区，磁工质晶格熵很大，
埃里克森循环克服了大的晶格熵
的影响。制冷幅度可达