节能带磁灯，磁铁能降温吗？神奇的黑科技制冷技术！-技术开发-韩韩H5开发

小伙伴应该都想知道磁铁能降温吗？神奇的黑科技制冷技术！和节能带磁灯的一些题，接下来让小编带你揭晓一下关于磁铁能降温吗？神奇的黑科技制冷技术！的题。

随着气温的升高，空气中弥漫着夏天特有的味道。

空调，外表不美观，外热内冷，在夏季延寿工具中当之无愧的C位。

如果你出汗很多，空调的压缩机会继续运转，这会给你带来一些凉爽，但也会发出令人讨厌的嗡嗡声。

然而，有一种“神奇”的制冷技术，可以在变化的磁场中悄无声息地降低温度，那就是磁制冷。

磁制冷技术是一种独特而有趣的冷却方法，可以为我们提供高效、环保的制冷效果，在许多领域具有巨大的潜力。今天我们就来解开磁制冷的谜团，看看它是如何工作的。

第1章

什么是磁制冷？

磁制冷是一种基于磁热效应的制冷技术。你可以想象，磁性材料的温度在外部磁场的影响下发生变化，产生冷能。

那么具有磁热效应的物质有哪些呢？

首先，我们要了解磁性材料的基本特性。在显微镜下观察时，磁性材料通常由许多微小的磁性颗粒组成，每个磁性颗粒都有一个由电子自旋和轨道角动量决定的磁矩。这些粒子之间通常有四种排列状态，对应于四种磁性铁磁性、亚铁磁性、顺磁性和反铁磁性。

作者创建的磁性材料分类

当磁性材料置于外部磁场中时，其磁矩会重新排列以匹配外部磁场的影响，这种重新排列的过程称为磁矩方向。

顺磁材料是具有始终沿外部磁场方向取向的自发磁矩的材料。如果没有外磁场，其外部呈现顺磁性，但当施加外磁场时，磁矩沿外磁场规则排列，外部呈现铁磁性。

除了外部磁场之外，温度也会重新排列磁矩。大多数磁性材料在某个温度点以下呈铁磁性或准磁性，在该温度点以上呈顺磁性。上面提到的温度点就是居里温度，也叫磁转变点，居里温度点决定了磁性材料可以使用的温度范围。不同的磁性材料具有不同的居里温度点，因此磁制冷技术广泛应用于从室温到低温的温度。

磁热效应是如何发生的？磁矩方向和热效应之间有什么关系？其中蕴含着哪些科学原理呢？事实上，磁矩的排列就像我们的房间一样，如果我们不经常整理它，它就会变得越来越混乱。在物理学中，有一个物理量用来衡量系统的混沌程度，即熵。在孤立系统的情况下，混沌程度越高，熵就越高，反之，熵就越低。

熵与混沌，来源库网

磁性材料的熵主要有两种磁熵和热熵。磁熵是指磁矩的有序与无序，热熵是指构成材料的分子或原子的振动模式，振动模式越多且振动模式越剧烈，热熵就越大。这两个熵的总和就是磁性材料的总熵。当总熵改变时，磁熵、热熵或两者都可能改变。仅仅因为总熵不改变并不一定意味着磁熵和热熵都不会改变。一者增加，一者减少。

磁热效应是通过磁熵和热熵之间的“交换”来实现的。为了保持总熵恒定，磁热材料必须处于绝热环境中。绝热环境是指整个系统与外界没有热交换，没有热量进入或离开。此时，当对磁性材料施加外部磁场时，磁矩整齐排列，磁熵减少，然后热熵增加并释放热量。热熵减少，必须吸收热量，具有冷却作用。听起来很神秘的磁力散热其实只是一场来回的“跷跷板”。

作者提出的磁热效应原理

尽管磁制冷的基本原理很简单，但将其设计成应用于各个领域的设备仍然需要创造性思维。

要实现磁制冷过程，需要磁性材料、磁场源和热交换器等组件。

首先，当在绝热环境中施加外部磁场时，磁性材料的磁矩方向发生变化并释放热量，然后，热量通过热交换器从散热器中释放出来。磁性材料的温度下降，与被冷藏物接触，由于磁性材料的温度比被冷藏物的温度低，因此磁性材料吸收被冷藏物的热量，从而降低温度。这个循环形成了一个闭环的热流。如此往复循环，不断吸收被冷却物体的热量，达到冷却效果。

作者创建的磁制冷系统示意图

第2部分

高效节能磁制冷装置

在实际应用中，磁冷却具有许多独特的优点

1）环保、环保。磁制冷不需要使用对环境有害的化学物质，这与需要使用制冷剂吸收和释放热量的传统压缩机制冷方法有显着不同。这些制冷剂的缺点是含有一些有机氟化物、氨和碳氢化合物。能破坏臭氧层、有、易泄漏、易燃、易爆等，破坏环境。

2）高效节能。磁制冷系统通过磁场的变化实现冷却，而不是像传统方法那样机械压缩气体。这意味着磁冷却可以在非常低的温度下运行并且消耗更少的能量。磁制冷的理论效率可以达到卡诺循环效率的60-70%，而气体压缩制冷一般达到20-40%。即在同等条件下，磁制冷的功耗仅为传统压缩制冷冰箱的50%左右。

3）稳定可靠。磁制冷不需要气体压缩机，运动部件少，无振动，无噪音，可靠性高，寿命长，维护方便。

正是由于这些优点，磁制冷技术被广泛应用于航空航天、医疗、电子等领域。根据应用温度范围，磁制冷主要用于深冷、低温和室温范围。

作者创造的磁制冷应用

目前，我国制冷空调行业工业总产值超过1万亿元，制冷耗电量超过全国总用电量的15%，成为能源消耗大国。目前广泛使用的制冷剂大多具有较大的温室效应，制冷剂泄漏排放是我国温室气体的重要组成部分。制冷空调行业正面临实施“环保高效制冷行动计划”、应对全气候变化的关键时期。磁制冷作为一种零碳能源制冷技术，具有环保、高效、节能、稳定可靠等优点，有望成为常温蒸汽压缩制冷技术的替代方案之一。

制冷空调行业分行业用电量展望及节电率，来源2022年绿色制冷行业研究报告

第三部分

为什么要磁制冷？

还没有商业化吗？

目前，国内外众多科研院所和龙头企业都争先恐后地展出各种温度范围的磁制冷样机。例如，2015年，海尔与NASA在拉斯维加斯世界消费电子展上联合展示了全首款常温磁制冷酒柜，随后研究全温磁制冷技术。

随着太空探索等前沿科学应用需求的增加，低温隔热马铃薯冷冻正在成为太空探索、量子技术、凝聚态物理等前沿科学的核心技术。优点是不依赖重力、结构紧凑、制冷效率高。

沉军教授研究团队开展了独立可控绝热退磁器样机的研制，并建立了级联ADR，获得了50mK以下的最低温度。

低温磁制冷起步较晚，目前研究主要集中在根据磁热材料的成分控制磁热特性，而对机器整体工艺和结构的研究相对较少。由于磁热材料的绝热温度变化有限，磁制冷通常与液氦温度范围内的其他制冷技术相结合，构建复合低温磁制冷机。常温磁制冷技术的发展已经相对成熟，从2017年开始，沉军研究团队开发了一系列具有制冷能力的常温磁制冷样机，其中包括已达到工业化应用的100瓦级磁制冷样机。

海尔无压缩机酒柜亮相2015年CES展，来源海尔智家公众号

不同温区磁力制冷机实拍图低温隔热马铃薯制冷机、液氦温区复合磁力制冷机、多极室温磁力制冷机。

磁制冷设备已经有很多，但这些设备目前只在某些行业和实验室使用，而且其成本也比较昂贵，这说明磁制冷技术在应用到千家万户之前还面临一些挑战。

磁制冷应用研究需要材料科学与工程、热物理工程、制冷工程等多个学科的交叉互补和协同创新。目前阻碍磁制冷商业化的主要原因有两个

首先，磁制冷材料往往采用稀土金属化合物制成，因此生产成本较高且价格昂贵，因此即使是在稀土资源丰富的中国，也很难将整个磁制冷机的成本降低到那样的水平。压缩式冰箱；

其次，目前的磁路设计很难在保证冷却效果的同时将整个设备缩小到家用尺寸。

另外，磁制冷装置中没有压缩机，但在实际设计中，存在永磁体或磁性材料的相对运动，不可避免地会产生一些噪音和振动。

不过，这些都是可以克服的题，相信随着科学技术的不断发展和科研人员的努力，磁制冷技术将会得到进一步的发展和应用，并将成为一项强大的技术。未来制冷的工具。

作者李振兴，北京理工大学助理研究员、北京制冷协会青委会委员

沉军，北京理工大学教授、国家杰出青年学者、北京制冷协会青委会委员

苏修，北京理工大学硕士研究生

提供北京制冷协会