На Южном Урале научились предсказывать свойства магнитного холодильника
2 Октября 2022
Фото: пресс-служба ЧелГУ
По прогнозам, он будет морозить с меньшими энергозатратами, не нанесет вреда экологии.
Челябинские физики разработали модель так называемого магнитокалорического эффекта (МКЭ) в разных сплавах. Это во многом продвигает создание принципиально новых моделей холодильных установок.
«Используя технологию магнитного охлаждения, можно создать холодильную систему, которая отличается от привычных нам бытовых холодильников, работающих на фреоне. По расчетам, у нового рефрижератора будет больший КПД, меньшие энергозатраты, к тому же он экологичный, не содержит веществ, разрушающих озоновый слой, а также парниковых, опасных или токсичных газов», — заявил профессор кафедры физики конденсированного состояния ЧелГУ Владимир Соколовский.
Теоретические исследования магнитного охлаждающего эффекта в сплавах Гейслера были начаты профессором Василием Бучельниковым и его учениками в 2003 году. Они были высоко оценены мировым научным сообществом. А в 2007 году перешли от теории к практике, стали проводить эксперименты по изучению поведения магнитных сплавов. Для этого приобрели автоматизированную измерительную систему для измерения «морозильного» эффекта, разработали оригинальную установку по измерению особого свойства — магнитной восприимчивости. На основе этих исследований профессор, нынешний ректор Сергей Таскаев с соавторами разработали прототип устройства магнитного охлаждения, на который получено два патента.
«Идея создания холодильника на основе магнитного охлаждения сейчас витает в воздухе. Но до сих пор эта задача не имеет достойного решения. Существуют прототипы холодильных машин нового типа, но, чтобы выйти на рынок, нужно прежде всего сильно уменьшить их себестоимость, — говорит Владимир Соколовский. — Пока лучший эффект показывает гадолиний, но этот материал очень дорогой».
Но есть и другие сложности: то слишком хрупкий материал, то охлаждающий эффект снижается под воздействием магнитного поля. Ученые моделируют эти процессы, чтобы прогнозировать свойства сплава, способного «морозить» при обычной комнатной температуре. В итоге можно будет создать не только холодильники, но и другие приборы, отводящие тепло, например, тепловые насосы. Также магнитное охлаждение поможет сжижать газы для их хранения и транспортировки.
Наши ученые первыми предложили исследовать эти явления на микроуровне, разработали компьютерную программу, которая может рассчитывать охлаждающие магнитные свойства в сплавах Гейслера. Новый подход позволяет предсказывать их не только при абсолютном нуле, но и при комнатных температурах.
«Поскольку большая часть наших исследований касается квантово-механических расчетов, они проводятся для температуры абсолютного нуля. А чтобы выйти на реальные температуры, нужны более сложные модели. Тем не менее вопрос о практической значимости каждого нашего исследования крайне важен, — поясняет Владимир Соколовский. — И наш прогноз подтверждается экспериментально. Так, мы уже доказали, что добавление меди в сплав повысит охлаждающий эффект».
«Используя технологию магнитного охлаждения, можно создать холодильную систему, которая отличается от привычных нам бытовых холодильников, работающих на фреоне. По расчетам, у нового рефрижератора будет больший КПД, меньшие энергозатраты, к тому же он экологичный, не содержит веществ, разрушающих озоновый слой, а также парниковых, опасных или токсичных газов», — заявил профессор кафедры физики конденсированного состояния ЧелГУ Владимир Соколовский.
Теоретические исследования магнитного охлаждающего эффекта в сплавах Гейслера были начаты профессором Василием Бучельниковым и его учениками в 2003 году. Они были высоко оценены мировым научным сообществом. А в 2007 году перешли от теории к практике, стали проводить эксперименты по изучению поведения магнитных сплавов. Для этого приобрели автоматизированную измерительную систему для измерения «морозильного» эффекта, разработали оригинальную установку по измерению особого свойства — магнитной восприимчивости. На основе этих исследований профессор, нынешний ректор Сергей Таскаев с соавторами разработали прототип устройства магнитного охлаждения, на который получено два патента.
«Идея создания холодильника на основе магнитного охлаждения сейчас витает в воздухе. Но до сих пор эта задача не имеет достойного решения. Существуют прототипы холодильных машин нового типа, но, чтобы выйти на рынок, нужно прежде всего сильно уменьшить их себестоимость, — говорит Владимир Соколовский. — Пока лучший эффект показывает гадолиний, но этот материал очень дорогой».
Но есть и другие сложности: то слишком хрупкий материал, то охлаждающий эффект снижается под воздействием магнитного поля. Ученые моделируют эти процессы, чтобы прогнозировать свойства сплава, способного «морозить» при обычной комнатной температуре. В итоге можно будет создать не только холодильники, но и другие приборы, отводящие тепло, например, тепловые насосы. Также магнитное охлаждение поможет сжижать газы для их хранения и транспортировки.
Наши ученые первыми предложили исследовать эти явления на микроуровне, разработали компьютерную программу, которая может рассчитывать охлаждающие магнитные свойства в сплавах Гейслера. Новый подход позволяет предсказывать их не только при абсолютном нуле, но и при комнатных температурах.
«Поскольку большая часть наших исследований касается квантово-механических расчетов, они проводятся для температуры абсолютного нуля. А чтобы выйти на реальные температуры, нужны более сложные модели. Тем не менее вопрос о практической значимости каждого нашего исследования крайне важен, — поясняет Владимир Соколовский. — И наш прогноз подтверждается экспериментально. Так, мы уже доказали, что добавление меди в сплав повысит охлаждающий эффект».
Поделиться
