Dismiss Notice
HVACR sử dụng Cookies và địa chỉ IP để thống kê và cung cấp các tính năng được cá nhân hóa đến thành viên. HVACR cũng có thể sẽ sử dụng đơn vị thứ 3 cho dịch vụ này.

Hiệu ứng từ nhiệt

Thảo luận trong 'Công Nghệ Năng Lượng - Môi Trường' bắt đầu bởi tanthach79, 28 Tháng tư 2008.

--- HVACR ---
  1. tanthach79

    tanthach79 Thành Viên [LV 1]

    Hiệu ứng từ nhiệt
    Bách khoa toàn thư mở Wikipedia
    Khi ta đặt một từ trường vào một vật liệu từ, các mômen từ sẽ có xu hướng sắp xếp định hướng theo từ trường. Sự định hướng này làm giảm entropy của hệ mômen từ. Nếu ta thực hiện quá trình này một cách đoạn nhiệt (tổng entropy của hệ vật không đổi) thì entropy của mạng tinh thể sẽ phải tăng để bù lại sự giảm của entropy mômen từ. Quá trình này làm cho vật từ bị nóng lên. Ngược lại, nếu ta khử từ (đoạn nhiệt), các mômen từ sẽ bị quay trở lại trạng thái bất trật tự, dẫn đến việc tăng entropy của hệ mômen từ. Do đó, entropy của mạng tinh thể bị giảm, và vật từ bị lạnh đi.

    Hiệu ứng từ nhiệt lần đầu tiên được phát hiện năm 1881 bởi E. Warburg khi tiến hành từ hóa sắt tạo ra sự thay đổi nhiệt độ từ 0,5 đến 2 K cho một T biến thiên từ trường.

    Hiệu ứng này được phát triển và giải thích nguyên lý bởi Debye (năm 1926) và Giauque năm 1927. Theo đó, từ có hệ thức Maxwell, ta có biến thiên entropy của hệ:

    TdS = T(\frac{\partial S}{\partial T})_HdT + T(\frac{\partial S}{\partial H})_TdH

    \frac{\partial S}{\partial H} = (\frac{\partial M}{\partial T}

    và ta có: dS = (\frac{\partial S}{\partial T})_HdT+ (\frac{\partial M}{\partial T})_TdH

    Số hạng thứ nhất tương ứng có C = \frac{\partial S}{\partial T} là nhiệt dung. Số hạng thứ hai chính là biến thiên entropy từ: dS_m(\frac{\partial M}{\partial T})_TdH Như vậy, nếu ta thực hiện một quá trình từ từ trường H = 0 đến H, thì biến thiên entropy từ sẽ được cho bởi:

    \Delta S_m = \int_0^H (\frac{\partial M}{\partial T})_TdH

    Biến thiên nhiệt độ trong các quá trình đoạn nhiệt này sẽ được cho bởi công thức:

    \Delta T_{ad} = \int_0^H \frac{T}{C(T,H)}. \frac{\partial M}{\partial T}dH

    Ở đây C(T,H) là nhiệt dung của vật liệu. Tham số ΔSm được coi là tham số đặc trưng cho hiệu ứng từ nhiệt của vật liệu. Còn tham số biến thiên nhiệt độ đoạn nhiệt ΔTad cực kỳ quan trọng cho ứng dụng. Một cách gần đúng, có thể xem rằng biến thiên nhiệt độ đoạn nhiệt tỉ lệ thuận với biến thiên entropy từ, tỉ lệ nghịch với nhiệt dung và tỉ lệ thuận với nhiệt độ hoạt động. Hiệu ứng từ nhiệt lần đầu tiên được ứng dụng vào các máy lạnh hoạt động bằng từ trường vào năm 1933 để tạo ra nhiệt độ rất thấp là 0,3 Kelvin bằng cách khử từ đoạn nhiệt các muối thuận từ.

    Ứng dụng của hiệu ứng từ nhiệt

    Có hai xu hướng nghiên cứu ứng dụng hiệu ứng từ nhiệt:
    * Nghiên cứu các vật liệu có hiệu ứng từ nhiệt lớn ở nhiệt độ thấp cho kỹ thuật tạo nhiệt độ rất thấp. Với phương pháp này, người ta đã tạo ra nhiệt độ cực thấp, tới cỡ miliKelvin hay microKelvin.
    * Nghiên cứu các vật liệu có hiệu ứng từ nhiệt lớn ở xung quanh nhiệt độ phòng (hoặc cao hơn) để sử dụng trong các máy lạnh thay thế cho các máy lạnh truyền thống sử dụng chu trình nén khí với ưu thế:
    o Không gây ô nhiễm (máy lạnh dùng khí nén thải ra khí phá hủy tầng ôzôn) do không thải ra các chất thải ô nhiễm.
    o Hiệu suất cao: Các mạnh lạnh dùng từ có thể cho hiệu suất cao trên 60% trong khi các máy lạnh nén khí chỉ cho hiệu suất không quá 40%.
    o Kích thước nhỏ gọn.
    Các quá trình nhiệt động trong các thiết bị sử dụng hiệu ứng từ nhiệt

    * Từ hóa đoạn nhiệt: Tức là đặt một từ trường (+H) để định hướng các mômen từ, dẫn đến việc tăng nhiệt độ của khối vật liệu từ.
    * Hấp thu nhiệt: Người ta sử dụng các chất lỏng (nước, dầu, nitơ lỏng...) để thu nhiệt, đưa nhiệt độ của mẫu trở lại ban đầu mà vẫn giữ nguyên từ tính của khối vật liệu.
    * Khử từ đoạn nhiệt: Quá trình này, từ tính của mẫu bị phá hủy bằng cách đặt các từ trường ngược, tạo nên sự hỗn loạn trong định hướng của các mômen từ, và khối vật liệu bị lạnh đi.
    * Lấy nhiệt của môi trường làm lạnh: Sử dụng các chất dẫn nhiệt để truyền nhiệt từ môi trường cần làm lạnh vào vật. Vật trở lại trạng thái ban đầu, quay trở lại điểm bắt đầu của chu trình.


    Vật liệu từ nhiệt
    Hiệu ứng từ nhiệt là một hiệu ứng cố hữu của các vật liệu từ, có nghĩa là tính chất này có mặt ở tất cả các vật liệu từ. Hiệu ứng này đạt giá trị cực đại tại nhiệt độ chuyển pha từ tính của vật liệu (theo công thức về biến thiên entropy từ ở trên, giá trị này cực đại khi biến thiên của mômen từ cực đại - xảy ra ở nhiệt độ chuyển pha từ tính). Thông thường, biến thiên entropy từ và biến thiên nhiệt độ đoạn nhiệt sẽ lớn khi vật liệu là sắt từ, và xảy ra lớn nhất ở nhiệt độ chuyển pha loại 2 (lý thuyết tính toán mới đây cho rằng hiệu ứng này lớn nhất tại nhiệt độ chuyển pha loại 1). Các vật liệu đang được nghiên cứu và sử dụng gần đây:

    * Gadolinium (Gd) và các hợp kim của chúng: Gd là một nguyên tố sắt từ có mômen từ lớn nên có khả năng cho hiệu ứng từ nhiệt lớn. Các hợp kim của nó đang được sử dụng là Gd5(SixGe1 − x)4, hay Gd1 − xCox. Các vật liệu này đều cho hiệu ứng từ nhiệt lớn và được gọi là hiệu ứng từ nhiệt khổng lồ (Giant magnetocaloric effect - GMCE). Cho đến hiện nay, Gd và các hợp kim của nó vẫn là loại được sử dụng phổ biến nhất trong các máy lạnh thử nghiệm.
    * Các hợp chất liên kim loại khác: La(FexSi1 − x)13Co(H),MnFeP1 − xAsx..., các hợp kim nhớ hình (NiMnGa...) là các vật liệu đang được nghiên cứu gần đây có hiệu ứng từ nhiệt khổng lồ xung quanh nhiệt độ phòng.
    * Tuy nhiên, các vật liệu liên kim loại - đất hiếm có nhược điểm là quy trình chế tạo phức tạp, giá thành cao và thường có độ bền kém nên người ta đang nghiên cứu phát triển các vật liệu khác có giá thành rẻ hơn và dễ chế tạo hơn. Các vật liệu gốm perovskite cũng là nhóm các vật liệu có hiệu ứng từ nhiệt ở xung quanh nhiệt độ phòng nhưng chúng mắc nhược điểm là có nhiệt dung cao, mômen từ nhỏ nên ít khả quan cho ứng dụng. Gần đây, các vật liệu vô định hình nền sắt được coi là rất khả quan cho ứng dụng với hiệu ứng từ nhiệt khổng lồ trong dải rộng nhiệt độ, dễ chế tạo và giá rẻ...
    * Các muối thuận từ cho kỹ thuật nhiệt độ rất thấp

    Các vật liệu này về mặt thực chất là các vật liệu từ có nhiệt độ trật tự rất thấp, người ta sử dụng chúng để tạo ra các nhiệt độ rất thấp (tới cỡ 1 vài miliKelvin). Nhiệt độ thấp ban đầu được tạo ra nhờ Hêli lỏng và sau đó tạo quá trình khử từ đoạn nhiệt để tạo nhiệt độ rất thấp.

    Các máy lạnh làm lạnh bằng từ trường thương phẩm

    Chưa có các máy lạnh hoạt động cho vùng nhiệt độ phòng bằng từ trường thương phẩm tại thời điểm hiện tại. Các thiết bị vẫn còn trong giai đoạn thử nghiệm và mục tiêu hiện nay vẫn là tìm ra các loại vật liệu từ nhiệt có các đặc tính:

    * Có hiệu ứng từ nhiệt khổng lồ xảy ra xung quanh nhiệt độ phòng
    * Hiệu ứng từ nhiệt phải xảy ra trong biến thiên từ trường nhỏ vì các máy móc dân dụng không thể tạo ra từ trường lớn. Hầu hết các vật liệu có hiệu ứng từ nhiệt khổng lồ hiện tại đều đạt được ở từ trường lớn gây nhiều khó khăn cho ứng dụng.
    * Vật liệu phải có nhiệt dung nhỏ (để tạo ra biến thiên nhiệt độ lớn, dễ truyền nhiệt...), chế tạo không quá phức tạp và có độ bền trong quá trình hoạt động.

    Máy lạnh hoạt động ở vùng nhiệt độ phòng đầu tiên được sản xuất vào năm 1997 bởi nhóm Karl A. Gschneidner, Jr. ở Phòng Thí nghiệm Ames, Trường Đại học Tổng hợp bang Iowa (Mỹ). Cho đến nay, đã có nhiều công ty đang nghiên cứu phát triển thiết bị này và thông báo rằng trong một vài năm tới sẽ chính thức đưa ra thị trường các sản phẩm này. [​IMG]
     
  2. tanthach79

    tanthach79 Thành Viên [LV 1]

  3. K43IHERE

    K43IHERE HVACR Staff

    Trả lời: Hiệu ứng từ nhiệt

    Từ năm 97 tới giờ hơn chục năm rồi mà vẫn chưa ra thương phẩm ư?! nếu mà nó ra, mình sẽ mua ngay một cái \"mổ\" ra xem sao. (Tất nhiên là trong điều kiện cho phép).
     
  4. Nguyễn Văn Dương

    Nguyễn Văn Dương Thành Viên [LV 0]

    Trả lời: Hiệu ứng từ nhiệt

    bác hơi bị máu đấy???????????????
     
  5. xiro

    xiro Thành Viên [LV 0]

    Trả lời: Hiệu ứng từ nhiệt

    Chà chà. Vấn đề này cũng tương đối mới ah nha, chưa ứng dụng nhiều thì phải...
     
  6. tanthach79

    tanthach79 Thành Viên [LV 1]

    Trả lời: Hiệu ứng từ nhiệt

    Em được biết mấy thầy ở trường BK Hà Nội đã chế tạo thành công một số loại vật liệu từ nhiệt. Hy vọng VN sẽ nghiên cứu ra được máy lạnh dùng hiệu ứng từ nhiệt sớm. Nhưng mà em vẫn chưa biết hiệu suất của kiểu làm lạnh này có cao hơn kiểu truyền thống ko nữa:huh:
     
  7. tanthach79

    tanthach79 Thành Viên [LV 1]

    Trả lời: Hiệu ứng từ nhiệt

    Hình như bác K43IHERE ở Hà Nội phải ko, Bác qua bên usb.vn mua cái tủ lạnh rồi mở ra xem thử cho anh em mở mang kiến thức. Em ở HCM nên ko có đk để mua. Giá hình như là 30USd [​IMG]
     
  8. K43IHERE

    K43IHERE HVACR Staff

    Trả lời: Hiệu ứng từ nhiệt

    Vấn đề mới nên người ta cất giữ thấy ghê.
    Mà có quả tủ lạnh đó thật hả, bạn cho địa chỉ cụ thể đi, seach trên mạng toàn thấy máy nghe nhạc không àh, với giá 30USD mình cho là tương đối rẻ để mở mang kiến thức đó, hi hi anh em nào có nhã hứng thì nhào zo.
     
  9. K43IHERE

    K43IHERE HVACR Staff

    Trả lời: Hiệu ứng từ nhiệt

    Mình mới thấy một trang đề cập tới từ nhiệt, ở dạng tổng quan:

    http://www.vatlyvietnam.org/forum/showthread.php?t=1069

    Các bạn ghé vô coi thử xem sao?!

    Với bài viết này thì mình bắt đầu băn khoăn không biết cái tủ lạnh kia có phải làm bằng công nghệ TỪ NHIỆT hay không?!!!!
     
  10. tanthach79

    tanthach79 Thành Viên [LV 1]

    Trả lời: Hiệu ứng từ nhiệt

    Bác cứ mua về mở ra xem thử: ĐC nè: Cty Việt An, 135, Thịnh Quang, Đống Đa, Hà Nội
    Cửa hàng: 53 Lê Thanh Nghị, Hà Nội đt: 04-8684889
     
  11. trunghieuqn

    trunghieuqn Thành Viên [LV 0]

    Trả lời: Hiệu ứng từ nhiệt

    Hay nhỉ. Tôi phải cập nhật thông tin mới này thui. Thanks nhé.
     

Chia sẻ trang này