磁热效应演示实验.pdfVIP

第 27 卷 　第 2 期 物 　理 　实 　验 Vol . 27 　No . 2 2007 年 2 月 　　 　 　　 　　　　　P H YSICS EXP ER IM EN TA T ION 　　　　 　　　　 Feb . ,2007 磁热效应演示实验 高 　茜 ,胡广兴 ( 东北大学 理学院 ,辽宁 沈阳 110004) 　　摘 　要 :简述了磁热效应的原理及磁致冷技术的发展现状. 使用纳米磁流体为工作物质设计了室温磁热效应演示 实验 ,通过灵敏电流计光标的偏转角度显示温度的变化. 关键词 :磁热效应 ;磁熵变 ;纳米磁流体 中图分类号 :O482 . 6 　　　文献标识码 :A 　　　文章编号 (2007) 工作物质的磁性材料的限制 ,磁致冷技术一直在 1 　磁热效应及磁致冷技术 低温区徘徊. 从 1976 年 Brow n 将铁磁性材料钆 1 . 1 　磁热效应原理 ( Gd) 成功地应用于室温磁致冷机上之后 ,世界各 ( ) [ 1 ] 国的学者对于室温环境下磁致冷材料做了大量的 磁热效应 M CE 是 1881 年发现的 , 它是 ( 研究工作. 尤其是近年来 , 随着人们环保意识的 指顺磁体或软铁磁体在外磁场的作用下等温 或 ) 提高 ,磁致冷技术越来越受到重视. 目前 ,低温磁 绝热 磁化时会放出热量 ,而在去磁时会吸收热量 的现象. 磁热效应是所有磁性材料的固有本质 , 致冷技术已发展得比较成熟 ,在制取液氦 、液氮 、 [2 ] 液氢等方面取得了较好的成就[ 5 ] . 随着人们对磁 它是由此类物质的微观结构决定的 . 根据玻尔 兹曼统计 ,系统的熵为 S = kln W , 其中 k 为玻尔 性材料研究的逐步深入 ,尤其是纳米磁性材料的 ( ) 兹曼常量, W 为系统的状态数. 如果系统的粒子 出现 ,室温 高温 磁致冷技术也得到了蓬勃发展 , 数为 N , 总量子数为 j , 当系统不受外磁场作用 它在居室空调 、汽车空调 、航空航天器空调以及家 时, 粒子的能量随机地分布在 2j + 1 个简并状态 庭食品和超市食品的冷冻冷藏等方面 ,都有着广 上, 其角动量和磁矩取向有 2j + 1 个, 所以系统的 阔的应用前景和巨大的市场潜力. 在这种大环境 ( ) N 下 ,我们设计了磁热效应演示实验 ,希望能通过简 状态数 W = 2j + 1 ; 当系统受外磁场作用时, 粒子的角动量和磁矩取向在各能级状态上分布的 单方便的实验激发学生对新材料 、新技术的兴趣 , - g μm B 满足教学与时俱进的需要. 概率 P ( mj ) ∝exp B j . 其中 g 是朗德 k T 2 　演示实验的设计 因子; μ 是玻尔磁矩; m 是磁量子数, 取值有 B j 2j + 1个; B 是外磁场磁感强度; T 是