什么是热离子制冷

❶ 为什么易液化的就用作制冷剂

致冷剂,又叫制冷剂或冷冻剂,是一类利用人工利用物质物理性或化学性质而产生低温的物质,通过制冷会导致温度比周围环境的温度更低.常见的致冷剂有,固态的有NH4Cl、NH4NO3、NaNO3、食盐和冰的混合物,液态的有二氧化硫、液氨和氟里昂等.根据其致冷原理主要有以下几类.
一、利用化学物质的溶解热制冷
物质溶解时,常伴有热效应发生.如NH4Cl、NH4NO3、NaNO3等物质溶解时要吸收热量,导致溶液温度降低；浓硫酸、氢氧化钠、无水氯化钙、无水碳酸钠等溶解时要放出热量,溶液温度升高.利用物质溶解时热量变化的性质,可以将前者用作致冷剂.并且不同物质溶解时热量变化的数值不同,如NH4NO3的摩尔溶解热可达+26.36千焦/摩尔,即每1mol物质溶解时要吸收26.36kJ的热量.
这是由于物质溶解有两个相反的过程：一是处于固体物质表面的粒子（分子或离子）在它溶解到溶剂时,受到溶剂分子的吸引,于是吸收热量克服晶体对它的引力,离开晶体向溶剂扩散,成为自由运动的粒子；二是已经扩散到溶剂之中的溶质分子或离子与溶剂分子结合生成水合分子或水合离子,于是放出热量.如果前者所吸收的热量大于后者所放出的能量则物质溶解时就会吸热.
二、利用混合物的凝固点降低致冷
物质的凝固点是指物质在固态和液态蒸气压相等时的温度,而混合物的凝固点总是比各组成物质的凝固点要低,如质量分数为23.3%的NaCl溶液其凝固点为－21.2℃,29.8%的CaCl2溶液其凝固点为－55℃.根据物质组成混合物时凝固点降低的性质特点,常用混合物作致冷剂.常用物质的凝固点如下表.
物质 凝固点 物质 凝固点 物质 凝固点
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、利用低沸点物质相变过程中的热效应致冷
物质通常呈现固态、液态或气态,物质不同状态之间的变化叫做相变.物质相变的实质是分子具有的能量发生了变化,所以相变过程中总会有放热或吸热的现象发生.如在医院里,用70%的酒精溶液作皮肤表面的消毒时,有明显的凉感,就是液体酒精气化过程中吸收热量的结果.从微观粒子角度而言,这些物质在气化过程中之所以能吸收热量,主要有两个方面的原因：一是因为它们的分子离开液体表面时,要吸收热量以克服分子间的引力；二是当液体变成气体时体积膨胀,需要吸收热量以反抗外界的压力.
利用物质相变过程中的热效应是致冷的方法之一,尤其是低沸点的物质.常见的低沸点物质有液态二氧化硫、液氨、氟里昂等,都曾用于制造冰箱中的致冷剂.它们能在极低的温度下吸收热量而气体,然后在压缩机内被压缩呈高温、高压,再经冷凝器放出热量,最后经节流膨胀或绝热膨胀至低温状态.通过不断循环,可不断地从周围物质中吸收热量,达到致冷的目的.常见致冷剂的沸点如下.
物质 沸点（℃） 物质 沸点（℃） 物质 沸点（℃）
NH3 －33.4 SO2 －10.0 CH3Cl －24.2
O2 －183 N2 －196 CF4（氟里昂-14） －128

❷ 磁制冷的概念定义

磁制冷就是利用磁热效应，又称磁卡效应 (MagnetoCaloric Effect) 的制冷.磁热效应是指融制冷工质在等温磁化时向外界放出热量，而绝热去磁时温度降低，从外界吸收热量的现象.磁制冷技术中的制冷工质是固态的磁性材料.我们知道，物质由原子构成，原子由电子和原子核构成，电子有自旋磁矩还有轨道磁矩，这使得有些物质的原子或离子带有磁矩. JI顶磁性材料的离子或原子磁矩在无外磁场时是杂乱无章的，加外磁场后，原子的磁矩沿外磁场取向排列，使磁矩有序化，从而减少材料的磁惰，因而会向外放出热量;而一旦去掉外磁场，材料系统的磁有序减小，磁恼增大，因而会从外界吸收热量.磁'脑是温度和磁场的函数，如果把这样两个绝热去磁引起的吸热过程和绝热磁化引起的放热过程用一个循环连接起来，通过外加磁场，有意识地控制磁惰，就可使得磁性材料不断地从一端吸热而在另一端放热，从而达到制冷的目的。
(1)
不同的磁介质产生的附加磁场情况不同，附加磁场与原磁场方向相同的磁介质为顺磁体（如铁、锰）；附加磁场与原磁场方向相反的磁介质为抗磁体（如铋、氢等）。磁感应强度单位是特斯拉（Tesla），用符号T表示，量纲为N/Am。
依热力学方法讨论磁制冷。设物体的磁矩为 物体在磁场H中磁矩增加 时，磁场对物体作功为 。该过程中物体吸热 ，内能增加 。则由热力学第一定律有
(2)
式中 ----- 真空磁导率，；
―― ----- 磁场强度，A/m；
―― ----- 磁矩，。
将式(2)与熟知的气体热力学第一定律表达式 相类比。磁系统中的相当于气体系统中的压力 ； 则相当于体积 。并类似地引出磁熵 的概念。用 图可以描述磁性物体的磁热状态，反映出物体温度T、磁熵与磁场B（常用磁感应强度代替磁场度H）三者之者的关系。
低温磁制冷
在16K以下的极低温区，由于固体的晶格振动和传导电子的热运动可以忽略，故磁离子系统的磁熵变近似等于整个固体的总熵变这种情况下，磁制冷采用卡诺循环，磁材料用稀土顺磁盐。
磁制冷卡诺循环如图1所示。它由四个过程组成：
1－2 为等温磁化（排放热量）；
2－3 为绝热退磁（温度降低）；
3－4 为等温退磁（吸收热量制冷）；
4－1 为绝热磁化（温度升高）。

已开发出的磁材料有：钆镓石榴（Gd3Ga5O12）、镝铝石榴石（Dy3Al5O12）、钆镓铝石榴石（Gd3（Ga1-xAl2）5O12,x=(0.1~0.4)。其制冷温度范围：(4.2~20)K。
正在开发的磁材料有：Ral2和RNi2(R代表Gd,Dy,Ho,Er等重稀土)。其制冷温度范围：（15~77）K。
磁制冷装置 首先需要有超导强磁体，用于产生强度达(4~7)T的磁场。用旋转法实现循环：将钆镓石榴石（磁介质）做成小球状，充填入一个空心圆环中。使圆环绕中心轴旋转，转到冰箱外的半环受磁场作用，磁化放热；转到冰箱内的半环退磁，吸热制冷。日本川崎公司研究的这类转动式磁制冷机需要的最大磁场强度为4.5T；旋转速度为0.72r/min；制冷温度达(4.2~11.5)K；制冷量为0.12w。
高温磁制冷
温度20K以上，特别是近室温附近，磁性离子系统热运动大大加强，顺磁盐中磁有序态难以形成，它在受外磁场作用前后造成的磁系统熵变大大减小，磁热效应也大大减弱。所以，进入高温区制冷，低温磁制冷所采用的材料和循环都不适用。
图2 高温磁制冷循环的 图
图2示出金属钆（Gd）在(200~300)K条件下的 图。如图若按卡诺循环制冷（图中 ），则温降很小。故这时应采用艾里克森循环（Ericsson），如图中12341所示。它由四个过程组成：1－2为等温磁化；2－3为等磁场过程（温度降低）；3－4为等温退磁（吸热制冷）；4－1为等磁场过程（温度上升）。

布朗用7T的磁场和金属钆，按上述循环成功地从室温制取到－30℃的低温。布朗的实验装置如图3所示。将金属钆板（磁材料）浸在蓄冷筒的蓄冷液体（水+乙二醇溶液）中。利用磁场变化配合蓄冷筒上下运动实现循环。图3中示出了一个周期的变化过程。经过多次反复，筒体上部达到323K；下部达到243K。
目前，力图使高温磁制冷实用公的研究包括以下主要方面：①寻找合适的磁材料（工质）。它应具有的特点是：离子磁矩大、居里点接近室温、以较小磁场（例如1T）作用与除去作用时能够引起足够大的磁熵变（即磁热效应显著）。现已研制出一系列稀土化合物作磁制冷材料，如R-Al,R-Ni,R-Si等系列的物质（其中R代表稀元素），还有复合型磁制冷物质（由居里点不同的几种材料组成）。②外磁场。需采用高磁通密度的永磁体。③研究最合适的磁循环并解决实现循环所涉及到的热交换问题。

❸ 磁制冷技术的原理是什么

磁制冷是一种利用磁性材料的磁热效应来实现制冷的新技术，所谓磁热效应是指外加磁场发生变化时磁性材料的磁矩有序排列发生变化，即磁熵改变，导致材料自身发生吸、放热的现象。

在无外加磁场时，磁性材料内磁矩的方向是杂乱无章的，表现为材料的磁熵较大；有外加磁场时，材料内磁矩 的取向逐 渐趋于一致，表现为材料的磁熵较小。

磁制冷基本原理如图所示，在励磁的过程中，磁性材料的磁矩沿磁场方向由无序到有序，磁熵减小，由热力学知识可知此时磁工质向外放热；在去磁的过程中，磁性材料的磁矩沿磁场方向由有序到无序，磁熵增大，此时磁工质从外部吸热。

其次在绝热条件下，磁工质与外界没有发生热量交换，在励磁和去磁的过程中，磁场对材料做功，使材料的内能改变，从而使材料本身的温度发生变化。

(3)什么是热离子制冷扩展阅读：

磁制冷技术发展历史

1、1881 年，Warburg在金属铁中首次发现了这种现象，随后 Giauque进行了绝热去磁的应用研究， 并于1927年获得小于1 K的低温。

2、1976 年室温磁制冷技术出现了突破性进展，美国NASA的Brown采用稀土金属钆（Gd）搭建了第一台室温磁制冷样机，并引入回热概念，在7T超导磁场下获得47K无负荷制冷温跨。

3、基于回热器式室温系统的实践经验，1982年Barclay与Steyert进一步提出了主动磁回热器原理，并构建出主动磁制冷循环，为目前绝大多数室温磁制冷机采用。当前室温磁制冷技术已在磁热材料研发、流程设计回热器制备工艺、磁路设计等方面获得了不小的进步。

4、1997年Gschneidner 和 Gschneidner发现了GdSiGe基材料的巨磁热效应，随后胡凤霞等发现了比 Gd 绝热温变更大且价格更便宜的LaFeSi基材料；当单层 AMR 技术满足不了制冷性能的需求时，通过元素调节和掺杂可以调节材料的居里温度点，为多层 AMR 的应用奠定了材料学基础。

❹ 盐和冰放一起可以吸热制冷是什么原理啊

这是一个纯物理过程。
涉及到溶液的一种特殊性质：依数性。
依数性：相对于纯溶剂（即本题中的冰的液态——水），溶液的某些性质会表现出一定程度的改变，且仅与溶质的物质的量分数有关。
在你的题设语境中，这里的依数性是指：凝固点即熔点。
相对于纯水的凝固点0摄氏度来说，水的盐溶液的凝固点会有所降低。即使是冰，也会将盐溶解，可以等价于水来考虑。因此，冰的盐溶液熔点会低于纯冰——此时在大约为0摄氏度的情况下，冰不会融化，但冰盐混合物却会融化。所有学过初中物理的人都知道，融化吸热，因此，这样会制冷。
至于为何溶液凝固点会降低，这里要涉及到相变和蒸汽压的问题。
相变：物态的变化，这里指融化。
蒸汽压：由于分子在不断振动，必定会有一部分分子逃离固体或液体的束缚，变成蒸气形成气压，达到平衡后的气压叫做蒸汽压，与温度和融化热有关。
固体的熔点是固态时的蒸汽压和液态时的蒸汽压相同时的温度，这时固液可以达到共存，一旦温度改变，平衡会被打破，导致凝固或融化来吸热放热调节温度。
对于溶液来说，盐的存在会牵制水的逃逸。因此固液共存时的蒸汽压会比纯水要小，要使其凝固，必须降低环境温度，使环境大气压强与蒸汽压相等，如此，凝固点降低。
希望可以帮到您。