magnetisk avkjøling

Prinsippet for magnetisk avkjøling. Se detaljert forklaring i hovedteksten.

Artikkelstart

Magnetisk avkjøling er at et legeme avkjøles ved først å magnetisere det og så avmagnetisere det. Metoden kan brukes til å oppnå svært lave temeraturer, og den blir særlig brukt i lavtemperaturforskning.

Historikk

Effekten ble først demonstrert av den tyske fysikeren Emil Gabriel Warburg i 1881. Den magnetiske avkjølingen ble videre utviklet av den franske fysikeren Pierre P. A. Weiss og den sveitsiske fysikeren Auguste A. Piccard i 1917. Den teoretiske forståelsen av effekten ble utarbeidet av den amerikanske fysikeren Peter J. W. Debye i 1926 og den kanadisk fødte fysikeren William F. Giauque i 1927.

Magnetokalorisk effekt

Den magnetiske avkjølingen utnytter den såkalte magnetokaloriske effekten: Et legeme av paramagnetisk materiale føres inn i et magnetfelt. Da vil det magnetiseres. Det fører til at legemet varmes opp og sender ut elektromagnetisk stråling. Så føres legemet ut av feltet og avmagnetiseres mens det er varmeisolert. På grunn av energitapet som skyldes utstrålingen da det befant seg i magnetfeltet, vil det da få lavere temperatur enn det hadde da det ble ført inn i feltet. Dette kalles den magnetokaloriske effekt.

På 2000-tallet har det vært utført betydelig forsknings- og utviklingsarbeid for å konstruere apparatur som kan utnytte den magnetokaloriske effekten til å oppnå magnetisk avkjøling ved romtemperatur på en kommersielt gunstig måte.

Fysisk mekanisme

Det at legemet varmes opp når det magnetiseres, har følgende årsak: Når materialet magnetiseres rettes atomære magnetiske dipoler inn etter det magnetiske feltet. Dermed avtar den magnetiske energien. De atomære dipolene avgir da magnetisk energi til termisk energi, det vil si til bevegelsesenergi for legemets atomer og molekyler. Det betyr at legemets temperatur stiger. Dermed øker den elektromagnetiske utstrålingen fra legemet, noe som fører til at det taper energi. Derfor får ikke legemet like høy temperatur som det opprinnelig hadde, når det føres ut av magnetfeltet og avmagnetiseres samtidig med at det er varmeisolert, slik at det ikke tilføres varme fra omgivelsene. Dette kalles adiabatisk avmagnetisering og er et viktig element i den praktiske gjennomføringen av magnetisk avkjøling.

Effekten øker ved avtagende temperatur og brukes for avkjøling nær det absolutte nullpunkt. Se kryogenikk.

Anvendelser

Magnetisk avkjøling er særlig blitt brukt i lavtemperaturforskning. Det var den første metoden der man greide å oppnå en lavere temperatur enn man oppnådde ved hjelp av vakuumpumper: 0,3 kelvin. Metoden er senere forbedret slik at forskere har greid å oppnå temperaturer på under en tusendels grad fra det absolutte nullpunkt ved hjelp av magnetisk avkjøling.

Les mer i Store norske leksikon

Kommentarer

Kommentaren din publiseres her. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan.

Du må være logget inn for å kommentere.

eller registrer deg