Збільшення температури магнетика при його адіабатичному намагнічуванні
Магнітокалорічекій ефект - зміна температури магнітного речовини (магнетика) при його адіабатичному намагнічуванні (розмагнічування). В умовах адіабатічності магнетик не поглинає і не віддає теплоту (d Q = 0), тому ентропія S магнетика не змінюється. dS = dQ / T = 0. При поясненні магнітокалоричний ефекту в рамках термодинаміки ентропію розглядають як функцію температури Т. тиску р і напруженості Н зовнішнього магнітного поля, S = S (T, p, H), звідки в умовах адіабатічності:
При постійному тиску (р = const) dp = 0. У записі для кінцевих змін величин:
Співвідношення (1) дозволяє знайти залежність D T від D H. якщо розкрити значення входять до нього приватних похідних. Похідна (dS / dT) p, H = C p, H / T. де C p, H - теплоємність магнетика. Похідна (dS / dT) p, H може бути перетворена на основі співвідношення взаємності приватних похідних внутрішньої енергії магнетика:, де М - намагніченість. Таким чином:
Оскільки C p, H / T> 0, зміна температури магнетика - охолодження (D Т <0) или нагрев ( D Т>0) - залежить від знака похідної і зміни зовнішнього магнітного поля (D Н> 0 - намагнічування, D Н <0 - размагничивание). Наиболее хорошо изучен магнитокалорический эффект, связанный с увеличением (уменьшением) числа одинаково ориентированных атомных магнитных моментов (спиновых или орбитальных) вещества при включении (выключении) магнитного поля. Магнитокалорический эффект такого типа наблюдается в парамагнетиках. а также в ферромагнетиках при истинном намагничивании (парапроцессе), когда магнитное поле выстраивает по направлению Н те атомные магнитные моменты, которые оставались еще не повернутыми вследствие дезориентирующего действия теплового движения. В указанных случаях (парамагнетик, классический ферромагнетик - Fe, Co, Ni и их сплавы) <0, так что D Т>0 при включенні поля і D Т <0 при его выключении ( D Н <0). Особенно больших значений магнитокалорический эффект парапроцесса достигает вблизи Кюри точки. где намагниченность М резко уменьшается при нагревании магнетика (производная )- очень велика).
У феромагнетиках при Парапроцесс спостерігається не тільки позитивний, а й негативний магнітокалоричний ефект. Найбільш просто можна інтерпретувати магнітокалоричний ефект в ферромагнетіческіх з'єднаннях рідкоземельних металів із залізом, де згідно нейтронографіческім даними, магнітну атомну структуру можна уявити що складається з двох магнітних подрешеток. підґратки заліза і підґратки рідкоземельних іонів. Магнітні моменти цих подрешеток антіпараллельни. При температурі магнітної компенсації Т до намагніченість М 1 підґратки заліза дорівнює намагніченості М 2 підґратки рідкоземельних іонів. при Т У магнітокалоричний ефект, що спостерігається в цих з'єднаннях, свій внесок вносить як підгратках заліза (D Т 1), так і підгратках рідкоземельних іонів (D Т 2). при Т При Т> T cr по полю спрямована намагніченість М 1 поджрешеткі заліза, а проти поля - намагніченість М 2 рідкоземельної підґратки. Тут зростання поля призводить до магнітного впорядкування підґратки заліза і разупорядочіванію рідкоземельної підґратки, внаслідок чого D Т 1> 0, а D Т 2 <0. Суммарный магнитокалорический эффект при Т> T cr виходить негативним (поблизу Т к), оскільки | D Т 2 |> | D Т 1 |. У ферромагнетіческіх, феррімагнетіческіх і антіферромагнетіческіх кристалах існує також магнітолкалоріческій ефект, обумовлений зміною енергії магнітної анізотропії внаслідок обертання вектора намагніченості щодо кристалографічних осей, а також внаслідок зміни констант магнітної анізотропії під дією прикладеного магнітного поля. Магнітокалоричний ефект внаслідок зсуву доменних стінок має істотно менша величину. При магнітних фазових переходах, що викликаються зміною магнітного поля (наприклад, антиферомагнетизм), також спостерігається магнітокалоричний ефект, обумовлений тим, що ентропії різних магнітних фаз не рівні один одному. Магнітокалоричний ефект при адіабатичному розмагнічування парамагнетиків використовується для отримання наднизьких температур. При низьких температурах З P, Н Т 3. тому метод магнітного охолодження особливо ефективний, якщо вихідна температура вже досить низька. Час ініціації (log t o від -3 до 0); Час існування (log t c від -2 до 3); Час деградації (log t d від -3 до 0); Час оптимального прояви (log t k від 0 до 2). Технічні реалізації ефекту Технічна реалізація ефекту Спостереження ефекту здійснюється в геометрії рис. 1. Спостереження магнітокалоричний ефекту При подачі короткого імпульсу магнітного поля температура зразка контролюється легким (безінерційним) контактним термодатчиком. Спостерігається імпульсна збільшення температури, яке зникає після закінчення імпульсу магнітного поля. Ефект застосовується для отримання наднизьких температур (див. Змістовну частину). Розділи природничих наук:
Схожі статті