Магнитокалорический эффект как основа энергоэффективного магнитного охлаждения

Abstract

В работе изложено термодинамическое описание магнитокалорического эффекта как физической основы энергоэффективного магнитного охлаждения в области комнатных температур. Актуальность направления определяется недостатками парокомпрессионных систем, прежде всего риском утечки хладагентов с сопутствующим разрушением озонового слоя и усилением парникового эффекта. Исходя из разложения полной энтропии магнитокалорического материала на магнитную, решёточную и электронную составляющие, с использованием соотношения Максвелла получены выражения для адиабатического изменения температуры и изотермического изменения магнитной энтропии; показано, что разложение энтропии строго применимо лишь для фазовых переходов второго рода. Для количественного описания ферромагнетизма привлечена модель молекулярного поля Вейсса. Показано, что величина эффекта пропорциональна производной намагниченности по температуре и обратно пропорциональна теплоёмкости, вследствие чего наибольшие значения достигаются вблизи температур магнитного упорядочения. На этой основе сформулированы требования к рабочему телу магнитного холодильника: температура магнитного упорядочения вблизи рабочего диапазона, высокая производная намагниченности по температуре, низкая теплоёмкость и малый магнитный гистерезис.