Технологии будущего настигают нас быстро
и скоро в наших домах могут появиться холодильники, работающие не на привычных химкомпонентах и промышленных охладителях, а на базе магнитной системы охлаждения. Причем использовать эта новаторская система будет магниты, с которыми многие люди развлекались в детстве, цепляя их к металлическим объектам, поднимая с их помощью кусочки металла. И вряд ли хоть кто-то из детей подозревал, что на самом деле, воздействуя магнитом на металлический предмет, они неосознанно нагревали его. Это называется магнетокалорическим эффектом, и заключается в том, что магнитные поля способны нагревать металл.
Известно, что электроны в металле, находящемся в состоянии покоя, не подвергающемся внешним раздражителям, двигаются в любых направлениях. Но, стоит поднести к такому металлу магнит, воздействовать на него магнитным полем – и электроны буквально становятся в ряд в одном и том же направлении. Это явление – изменение энтропии, или, говоря иначе, ограничение возможности свободного движения электронов.
Впрочем, ограничение это непостоянное. Конечно, благодаря воздействию магнитного поля, электроны утрачивают способность двигаться так, как им вздумается, но сама возможность движения остается. Энтропия растет благодаря повышению вибрации атомов, а она в свою очередь, точнее энергия такой вибрации, обобщенно называется теплотой. Потому, если поднести магнит к металлу, он и нагревается. Как правило эффект нагрева незначительный для большинства металлов, но находятся и такие, что греются очень сильно. Например, гадолиний.
Вы можете удивиться – как же это связано с холодильниками? Очевидно, что магнетокалорический эффект проще связать с приготовлением пищи, нежели с ее заморозкой. Но эффект нагрева может иметь и обратное действие. Кусочек металла, находившийся под воздействием магнитного поля, а затем лишенный его, ожидаемо начинает охлаждаться. В основном магнитные холодильники, находящиеся сейчас на испытаниях в лабораториях, способны охлаждать таким образом небольшие объекты. На металл, находящийся под влиянием магнитного поля исследователи наносят специальную субстанцию, чаще всего – гелий. Он забирает лишнее тепло, металл охлаждается, а вскоре убирается и магнитное поле, что делает металл достаточно холодным для того, чтобы использовать его как охладитель.
Принцип магнитного охлаждения уже давно известен, но его использование в домашних условиях все еще кажется несбыточной мечтой. А было бы неплохо, случись на рынке холодильников революция – ведь магнитные системы могут не только подарить нам эффективные холодильники, практически независимые от химических хладагентов, но и весьма долговечные.
