Техника - молодёжи 1989-09, страница 51
(О г Q а 0 1 <D С Вот он, один из первых в мире магнитных охладителей — этот трапециевидный блок из химически обработанной нержавеющей стали в руках представителя американской аэрокосмической фирмы «Хьюджес айркрафт». В центре блока — ключевая деталь, то самое колесо, которое было «изобретено» ее сотрудниками. На вопрос: «Что делает холодильник?» — мы, не задумываясь, отвечаем: «Вырабатывает холод». Но поскольку самого по себе «холода» не существует, его нельзя «вырабатывать», а можно только отнимать, отводить тепло. И тогда получается, что холодильник производит не холод, а... то самое тепло, с кото-эым вроде бы и должен бороться! Ведь в полном соответствии со вторым прин-шпом термодинамики при всяком ис-(усст венном охлаждении выделяется Зольше тепла, чем отводится от охлаждаемого тела. В чем же тогда смысл холодильника? В том, что он совершает «насильственный» перенос тепловой энергии, так что тепло выделяется где-то в стороне от холодильной камеры, а только это и нужно потребителю. Вот почему прак1ически все типы холодильных машин основаны на циркуляции по замкнутому контуру того или иного теплоносителя (или «хладагента»), Самые распространенные машины — парокомпрессионные — работают с превращением газообразного хладагента в жидкий и обратно. При повышении давления, сжатия и конденсации хладагента на одном участке контура — в компрессоре и конденсаторе — он нагревается, выделяет тепло и переходит в жидкое состояние. Конденсатор, отводящий теплоту сжатия во внешнюю среду, имеется на задней стенке всякого бытового холодильника. На другом участке контура хладагент через вентиль пускается в область низкого давления, где испаряется, расширяется, а следовательно, поглощает тепло. Проходя в это время по змеевикам или по каналам в стенках холодильной камеры, он и «вырабатывает холод», то есть отводит от нее тепловую энергию. В парокомпрессорной машине без специальных мер нельзя достичь температуры ниже точки кипения ее хладагента. Значит, самый нижний предел для таких машин — точка кипения жидкого гелия, то есть четыре градуса Кельвина. В природе нет жидкостей, кипящих при более низкой температуре. На пути к абсолютному нулю найдены разные обходы этого ограничения. При непрерывной откачке паров гелия их температуру удается снизить до 1 К. Применение вместо обычного гелия-четыре легкого изогопа — гелия-три позволяет достичь температуры около 0,3 К. Наконец еще более низкую температуру дает уже совсем экзотический способ: растворение гелия-три в гелии-четыре. Но способы эти все сложнее и дороже. Давно известно: чтобы достичь качественно нового технического эффекта, надо перейти на новый физический принцип И такой принцип есть — это МАГНИТНОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ. Взаимодействие спиновых магнитных моментов электронов и ядер с внешним магнитным полем меняет температуру некоторых полупроводников-парамагнети-ков, например, солей редкоземельных элементов. При намагничивании внешним полем они нагреваются, а при размагничивании, то есть снятии поля — охлаждаются. Магнитное охлаждение КОЛЕСО НАКОНЕЦ ИЗОБРЕТЕНО Магнитный рефрижератор. 1 — охлаждаемое устройство; 2 — жидкий гелий, 3 — кожух колеса. 4 — колесо с ободом из га-лий-гадолиниевого граната, 5 — привод колеса, 6 — сектор размагничивания, 7 — сектор намагничивания; 8 — теплообменник в контуре охлаждения обода, 9 — магнит с разделенным магнитным полем; 10 — разделитель магнитов, 11 — сверхпроводящие обмотки магнита, 12 — кожух магни та, 13 — магнитное поле 50 |
