什麼是熱離子製冷

❶ 為什麼易液化的就用作製冷劑

致冷劑,又叫製冷劑或冷凍劑,是一類利用人工利用物質物理性或化學性質而產生低溫的物質,通過製冷會導致溫度比周圍環境的溫度更低.常見的致冷劑有,固態的有NH4Cl、NH4NO3、NaNO3、食鹽和冰的混合物,液態的有二氧化硫、液氨和氟里昂等.根據其致冷原理主要有以下幾類.
一、利用化學物質的溶解熱製冷
物質溶解時,常伴有熱效應發生.如NH4Cl、NH4NO3、NaNO3等物質溶解時要吸收熱量,導致溶液溫度降低；濃硫酸、氫氧化鈉、無水氯化鈣、無水碳酸鈉等溶解時要放出熱量,溶液溫度升高.利用物質溶解時熱量變化的性質,可以將前者用作致冷劑.並且不同物質溶解時熱量變化的數值不同,如NH4NO3的摩爾溶解熱可達+26.36千焦/摩爾,即每1mol物質溶解時要吸收26.36kJ的熱量.
這是由於物質溶解有兩個相反的過程：一是處於固體物質表面的粒子（分子或離子）在它溶解到溶劑時,受到溶劑分子的吸引,於是吸收熱量克服晶體對它的引力,離開晶體向溶劑擴散,成為自由運動的粒子；二是已經擴散到溶劑之中的溶質分子或離子與溶劑分子結合生成水合分子或水合離子,於是放出熱量.如果前者所吸收的熱量大於後者所放出的能量則物質溶解時就會吸熱.
二、利用混合物的凝固點降低致冷
物質的凝固點是指物質在固態和液態蒸氣壓相等時的溫度,而混合物的凝固點總是比各組成物質的凝固點要低,如質量分數為23.3%的NaCl溶液其凝固點為－21.2℃,29.8%的CaCl2溶液其凝固點為－55℃.根據物質組成混合物時凝固點降低的性質特點,常用混合物作致冷劑.常用物質的凝固點如下表.
物質 凝固點 物質 凝固點 物質 凝固點
NaCl －21.2℃ CaCl2?6H2O －55℃ KCl －11.1℃
(NH4)2SO4 －19℃ MgSO4?7H2O －3.9℃ NH4Cl －15.8℃
NaNO3 －18.5℃ Na2CO3?10H2O －2.1℃ NH4NO3 －17.3℃
三、利用低沸點物質相變過程中的熱效應致冷
物質通常呈現固態、液態或氣態,物質不同狀態之間的變化叫做相變.物質相變的實質是分子具有的能量發生了變化,所以相變過程中總會有放熱或吸熱的現象發生.如在醫院里,用70%的酒精溶液作皮膚表面的消毒時,有明顯的涼感,就是液體酒精氣化過程中吸收熱量的結果.從微觀粒子角度而言,這些物質在氣化過程中之所以能吸收熱量,主要有兩個方面的原因：一是因為它們的分子離開液體表面時,要吸收熱量以克服分子間的引力；二是當液體變成氣體時體積膨脹,需要吸收熱量以反抗外界的壓力.
利用物質相變過程中的熱效應是致冷的方法之一,尤其是低沸點的物質.常見的低沸點物質有液態二氧化硫、液氨、氟里昂等,都曾用於製造冰箱中的致冷劑.它們能在極低的溫度下吸收熱量而氣體,然後在壓縮機內被壓縮呈高溫、高壓,再經冷凝器放出熱量,最後經節流膨脹或絕熱膨脹至低溫狀態.通過不斷循環,可不斷地從周圍物質中吸收熱量,達到致冷的目的.常見致冷劑的沸點如下.
物質 沸點（℃） 物質 沸點（℃） 物質 沸點（℃）
NH3 －33.4 SO2 －10.0 CH3Cl －24.2
O2 －183 N2 －196 CF4（氟里昂-14） －128

❷ 磁製冷的概念定義

磁製冷就是利用磁熱效應，又稱磁卡效應 (MagnetoCaloric Effect) 的製冷.磁熱效應是指融製冷工質在等溫磁化時向外界放出熱量，而絕熱去磁時溫度降低，從外界吸收熱量的現象.磁製冷技術中的製冷工質是固態的磁性材料.我們知道，物質由原子構成，原子由電子和原子核構成，電子有自旋磁矩還有軌道磁矩，這使得有些物質的原子或離子帶有磁矩. JI頂磁性材料的離子或原子磁矩在無外磁場時是雜亂無章的，加外磁場後，原子的磁矩沿外磁場取向排列，使磁矩有序化，從而減少材料的磁惰，因而會向外放出熱量;而一旦去掉外磁場，材料系統的磁有序減小，磁惱增大，因而會從外界吸收熱量.磁'腦是溫度和磁場的函數，如果把這樣兩個絕熱去磁引起的吸熱過程和絕熱磁化引起的放熱過程用一個循環連接起來，通過外加磁場，有意識地控制磁惰，就可使得磁性材料不斷地從一端吸熱而在另一端放熱，從而達到製冷的目的。
(1)
不同的磁介質產生的附加磁場情況不同，附加磁場與原磁場方向相同的磁介質為順磁體（如鐵、錳）；附加磁場與原磁場方向相反的磁介質為抗磁體（如鉍、氫等）。磁感應強度單位是特斯拉（Tesla），用符號T表示，量綱為N/Am。
依熱力學方法討論磁製冷。設物體的磁矩為 物體在磁場H中磁矩增加 時，磁場對物體作功為 。該過程中物體吸熱 ，內能增加 。則由熱力學第一定律有
(2)
式中 ----- 真空磁導率，；
―― ----- 磁場強度，A/m；
―― ----- 磁矩，。
將式(2)與熟知的氣體熱力學第一定律表達式 相類比。磁系統中的相當於氣體系統中的壓力 ； 則相當於體積 。並類似地引出磁熵 的概念。用 圖可以描述磁性物體的磁熱狀態，反映出物體溫度T、磁熵與磁場B（常用磁感應強度代替磁場度H）三者之者的關系。
低溫磁製冷
在16K以下的極低溫區，由於固體的晶格振動和傳導電子的熱運動可以忽略，故磁離子系統的磁熵變近似等於整個固體的總熵變這種情況下，磁製冷採用卡諾循環，磁材料用稀土順磁鹽。
磁製冷卡諾循環如圖1所示。它由四個過程組成：
1－2 為等溫磁化（排放熱量）；
2－3 為絕熱退磁（溫度降低）；
3－4 為等溫退磁（吸收熱量製冷）；
4－1 為絕熱磁化（溫度升高）。

已開發出的磁材料有：釓鎵石榴（Gd3Ga5O12）、鏑鋁石榴石（Dy3Al5O12）、釓鎵鋁石榴石（Gd3（Ga1-xAl2）5O12,x=(0.1~0.4)。其製冷溫度范圍：(4.2~20)K。
正在開發的磁材料有：Ral2和RNi2(R代表Gd,Dy,Ho,Er等重稀土)。其製冷溫度范圍：（15~77）K。
磁製冷裝置 首先需要有超導強磁體，用於產生強度達(4~7)T的磁場。用旋轉法實現循環：將釓鎵石榴石（磁介質）做成小球狀，充填入一個空心圓環中。使圓環繞中心軸旋轉，轉到冰箱外的半環受磁場作用，磁化放熱；轉到冰箱內的半環退磁，吸熱製冷。日本川崎公司研究的這類轉動式磁製冷機需要的最大磁場強度為4.5T；旋轉速度為0.72r/min；製冷溫度達(4.2~11.5)K；製冷量為0.12w。
高溫磁製冷
溫度20K以上，特別是近室溫附近，磁性離子系統熱運動大大加強，順磁鹽中磁有序態難以形成，它在受外磁場作用前後造成的磁系統熵變大大減小，磁熱效應也大大減弱。所以，進入高溫區製冷，低溫磁製冷所採用的材料和循環都不適用。
圖2 高溫磁製冷循環的 圖
圖2示出金屬釓（Gd）在(200~300)K條件下的 圖。如圖若按卡諾循環製冷（圖中 ），則溫降很小。故這時應採用艾里克森循環（Ericsson），如圖中12341所示。它由四個過程組成：1－2為等溫磁化；2－3為等磁場過程（溫度降低）；3－4為等溫退磁（吸熱製冷）；4－1為等磁場過程（溫度上升）。

布朗用7T的磁場和金屬釓，按上述循環成功地從室溫製取到－30℃的低溫。布朗的實驗裝置如圖3所示。將金屬釓板（磁材料）浸在蓄冷筒的蓄冷液體（水+乙二醇溶液）中。利用磁場變化配合蓄冷筒上下運動實現循環。圖3中示出了一個周期的變化過程。經過多次反復，筒體上部達到323K；下部達到243K。
目前，力圖使高溫磁製冷實用公的研究包括以下主要方面：①尋找合適的磁材料（工質）。它應具有的特點是：離子磁矩大、居里點接近室溫、以較小磁場（例如1T）作用與除去作用時能夠引起足夠大的磁熵變（即磁熱效應顯著）。現已研製出一系列稀土化合物作磁製冷材料，如R-Al,R-Ni,R-Si等系列的物質（其中R代表稀元素），還有復合型磁製冷物質（由居里點不同的幾種材料組成）。②外磁場。需採用高磁通密度的永磁體。③研究最合適的磁循環並解決實現循環所涉及到的熱交換問題。

❸ 磁製冷技術的原理是什麼

磁製冷是一種利用磁性材料的磁熱效應來實現製冷的新技術，所謂磁熱效應是指外加磁場發生變化時磁性材料的磁矩有序排列發生變化，即磁熵改變，導致材料自身發生吸、放熱的現象。

在無外加磁場時，磁性材料內磁矩的方向是雜亂無章的，表現為材料的磁熵較大；有外加磁場時，材料內磁矩 的取向逐 漸趨於一致，表現為材料的磁熵較小。

磁製冷基本原理如圖所示，在勵磁的過程中，磁性材料的磁矩沿磁場方向由無序到有序，磁熵減小，由熱力學知識可知此時磁工質向外放熱；在去磁的過程中，磁性材料的磁矩沿磁場方向由有序到無序，磁熵增大，此時磁工質從外部吸熱。

其次在絕熱條件下，磁工質與外界沒有發生熱量交換，在勵磁和去磁的過程中，磁場對材料做功，使材料的內能改變，從而使材料本身的溫度發生變化。

(3)什麼是熱離子製冷擴展閱讀：

磁製冷技術發展歷史

1、1881 年，Warburg在金屬鐵中首次發現了這種現象，隨後 Giauque進行了絕熱去磁的應用研究， 並於1927年獲得小於1 K的低溫。

2、1976 年室溫磁製冷技術出現了突破性進展，美國NASA的Brown採用稀土金屬釓（Gd）搭建了第一台室溫磁製冷樣機，並引入回熱概念，在7T超導磁場下獲得47K無負荷製冷溫跨。

3、基於回熱器式室溫系統的實踐經驗，1982年Barclay與Steyert進一步提出了主動磁回熱器原理，並構建出主動磁製冷循環，為目前絕大多數室溫磁製冷機採用。當前室溫磁製冷技術已在磁熱材料研發、流程設計回熱器制備工藝、磁路設計等方面獲得了不小的進步。

4、1997年Gschneidner 和 Gschneidner發現了GdSiGe基材料的巨磁熱效應，隨後胡鳳霞等發現了比 Gd 絕熱溫變更大且價格更便宜的LaFeSi基材料；當單層 AMR 技術滿足不了製冷性能的需求時，通過元素調節和摻雜可以調節材料的居里溫度點，為多層 AMR 的應用奠定了材料學基礎。

❹ 鹽和冰放一起可以吸熱製冷是什麼原理啊

這是一個純物理過程。
涉及到溶液的一種特殊性質：依數性。
依數性：相對於純溶劑（即本題中的冰的液態——水），溶液的某些性質會表現出一定程度的改變，且僅與溶質的物質的量分數有關。
在你的題設語境中，這里的依數性是指：凝固點即熔點。
相對於純水的凝固點0攝氏度來說，水的鹽溶液的凝固點會有所降低。即使是冰，也會將鹽溶解，可以等價於水來考慮。因此，冰的鹽溶液熔點會低於純冰——此時在大約為0攝氏度的情況下，冰不會融化，但冰鹽混合物卻會融化。所有學過初中物理的人都知道，融化吸熱，因此，這樣會製冷。
至於為何溶液凝固點會降低，這里要涉及到相變和蒸汽壓的問題。
相變：物態的變化，這里指融化。
蒸汽壓：由於分子在不斷振動，必定會有一部分分子逃離固體或液體的束縛，變成蒸氣形成氣壓，達到平衡後的氣壓叫做蒸汽壓，與溫度和融化熱有關。
固體的熔點是固態時的蒸汽壓和液態時的蒸汽壓相同時的溫度，這時固液可以達到共存，一旦溫度改變，平衡會被打破，導致凝固或融化來吸熱放熱調節溫度。
對於溶液來說，鹽的存在會牽制水的逃逸。因此固液共存時的蒸汽壓會比純水要小，要使其凝固，必須降低環境溫度，使環境大氣壓強與蒸汽壓相等，如此，凝固點降低。
希望可以幫到您。