熱磁轉換

熱磁轉換是熱與磁的轉換，在物理學上，導熱的物體由於其載流子的傳導，產生電流又由電磁感應效應產生磁場，這樣由熱量激發磁場的現象就叫做熱磁轉換。人們很早就發現了熱電效應，即熱電現象，是指各種晶體由於溫度變化產生的帶電現象。而有關熱與磁的關係卻一直撲朔迷離。熱磁轉換中在絕熱過程下鐵磁體或順磁體的溫度隨磁場強度的改變而變化。通常，在絕熱條件下， 磁化會導致溫度上升，而去磁則使溫度下降。一般鐵磁和順磁材料的熱磁轉換量特別大。

基本介紹

• 中文名：熱磁轉換
• 外文名：thermomagnetic conversion
• 學科：物理學

原理

何謂熱磁效應？一般說來，當均勻材質的金屬兩端存在溫度差時，其間必然產生熱流，如果在與熱流方向相垂直的方向上施加磁場 ，此 時, 則要產生種種物理現象，這些物理現象統稱為熱磁效應 。熱磁效應主要包括能斯脫效應和里紀 -勒杜克效應。

能斯脫效應是熱流與垂磁場相作用後產生電場的物理現 象, 因為在磁場作用下, 熱流引出了電場, 所 以 又 可稱 其為電氣效應。 由於所產生 的電場方向不同, 這種效應又分為橫向能斯脫效應 ( 電氣橫向效應 ) 和縱向能斯脫效 應 ( 電氣縱向效應 )。

若在三維空間的x軸上存在熱流，z軸方向上施加磁場，則在y軸方向上會存在溫度梯度。這 種 現 象稱為 里 紀-勒杜克效應或熱磁橫向效應。熱磁效應是熱磁轉換的基礎。

通過比較, 可以得出如下結論:

1. 上 述 各種 熱磁效應 雖可 有 各自表述, 但 由於 它們 是 同一條件下 的 物 理效應, 因此, 它們 即 同時存在, 又 互 相 影響。

2. 能斯脫效應 是反映 熱磁及 電之 間某 一側面 內在聯繫 的 物理 效應 ; 而熱磁橫向效應 和熱磁縱 向效 應只 是反映熱磁之間某一側面 內在聯 系的物理效應。

3.上述各種 熱磁 效應 與前 述 的 電磁間 的 霍爾效 應、 耶 秦古豪森效 應有類似的規律, 如, 兩者 都 必須在 磁場 作用下才能產 生效 應 , 兩者 都存在“ 流” 與“ 差”(熱磁 效應 中是“ 熱 流” 與“ 溫度差” , 而電磁效應 中則是“ 電流” 與“ 電位差”)。

套用前景

基於“磁熱效應”（MCE）的磁製冷是傳統的蒸汽循環製冷技術的一種有希望的替代方法。在有這種效應的材料中，施加和除去一個外加磁場時磁動量的排列和隨機化引起材料中溫度的變化，這種變化可傳遞給環境空氣中。Gd5Ge2Si2是其中一種所謂的巨型MCE材料，當在上個世紀90年代後期被發現時曾引起人們很大興趣。該化合物作為製冷物質有一個缺點：當在該材料表現出大的磁熱效應的溫度範圍內循環其磁化時，它會因磁滯現象而損失大量能量。但是現在，研究人員找到了克服這一問題的一個簡單方法。只是通過添加少量鐵，就可將磁滯現象減少90%，所獲得的合金成為一種性能得到很大改善的製冷物質，可在接近室溫的環境下套用。

在日常生活中，我們通常使用空調、冰櫃和冰櫃來製冷，但它們都需要能量驅動，所消耗的電能占到美國家庭耗電量的1/3。而一項依賴於磁體的全新製冷技術，能顯著降低這部分能耗。大多數商業化制冷機，都是通過反覆壓縮和膨脹氣體或液體製冷劑來製冷。隨著製冷劑的循環，能將熱量從房間或設備中吸出帶走。然而，壓縮機的能耗巨大，並且要是最常用的那些製冷氣體泄漏出去的話，它們的每一個分子對大氣層的加熱效率要比一個二氧化碳分子至少高1000倍。

家用熱磁轉換機

熱磁轉換和熱電轉換一樣，給人以很多啟發。溫度梯度能產生電場或者磁場的現象是很新穎的，如果運用得當，可以製備出廉價高效的能源材料，例如通過溫度梯度發電等等。目前我國已經有不少高校和研究所對熱電、熱磁的現象進行研究，相信不久的將來我們必會對其有所開發。