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《熵与绝热去磁制冷的物理原理》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、物理与工程嫡与绝热去磁制冷的物理原理刘爱红,北方交通大学物理系北京一一收稿日期,,摘要本文从嫡的观点出发利用热力学统计物理与子力学理论分别从宏观与微观的角度对磁制冷的物理原理进行了初等分析关健词嫡磁嫡顺磁质绝热去磁压戌,,,,,,,“”“在物理学中低温是指低于液态空气纪至年代发展起来的致冷方法绝热”的温度低温在现代技术与科学中有着去磁冷却由等温磁化和绝热去磁两个过程重要意义在技术上空气在低温液化后可以构成由于后一过程实现冷却而被如此命名、、,通过分馏而得到氧气氮气氢气等供工业各根据磁体的类别绝热去磁法又可分为顺磁,,性盐绝热方
2、面的应用在生物科学上低温环境用来去磁法与绝热核去磁法利用前者、,保存活体用低温可以使某些材料具有超导一般可降温至量级而利用后者通常可拌,性质现在广泛地用来产生强磁场对低温获得量级低温两者致冷原理相似一本文以具有自旋系统条件下物理现象的研究在理论上也具有重的理想顺磁性盐类,,,,要意义这方面著名的例子是吴健雄等人为研究对象从嫡的观点出发利用热力学,“。利用绝热去磁致冷的低温条件做的衰统计物理与量子力学理论分别从宏观与微变实验证实了李政道、杨振宁提出的宇称不观的角度对磁制冷的物理原理进行了初等分,守恒理论,从析并简单介绍了顺磁性盐
3、绝热去磁致冷法而对粒子物理的发展产生了重,大影响在卡诺循环中的物理原理可供大学物理课,根据各种致冷原理目前主要的致冷方教学参考首先,我们从嫡,法大致可分为四类绝热膨胀法物的观点出发对磁致冷的相转化法绝热去磁法激光致冷法原理给以定性说明绝热去磁法是由德拜和吉奥克等人于世嫡是系统无序度的量度当系统经历的物理与工程,,,是绝热过程时系统的嫡变为零容易理解负载区的温度降下来实现磁致冷用磁致冷,,对磁介质来说影响其嫡变的主要因素有两原理制成的冰箱不会因使用制冷剂氟利昂,,个一个是磁介质本身的温度二是施于磁而污染环境很有发展前途。,,介质
4、的外磁场因此我们可以将磁介质的下面我们以顺磁性原子微观结构为出,,嫡看成由两个部分组成一部分受温度的影发点用统计物理与量子力学的基础理论讨,,响称为热嫡用表示另一部分受磁场论顺磁性原子在无外磁场和加外磁场时的行,,,的影响称为磁嫡用表示于是系统的嫡为特征进而说明其对系统磁嫡的影响。,为一当介质绝热磁化磁场由零增稀土元素的盐类都是顺磁性物质大多,数稀到某一数值时介质内的分子磁矩的排列将土元素的剩余磁矩是由它们的原子内壳。由混乱无序到趋于与外磁场同向平行排层电子未充满而造成的以稀土元素为,,,,列即系统的磁化嫡无序减少了△例在子壳
5、层上只有个不成对的电子它,,、、、因为绝热过程系统的嫡变为零即们的轨道量子数分别为士士士△一△十△一‘显然总轨道角动量,因而它们的总角动,,故必有△这表明磁介质分子的热运动量实际是由总自旋角动量构成并且由,,,剧烈程度增加介质的温度升高可见绝热于自旋是由内壳层产生因而原子之间自旋,磁化会使磁介质的温度增加相互作用可以略去由这类稀土元素构成的,顺当绝热去磁时介质内的分子磁矩的排磁盐类系统称为自旋系统,以自旋系统为研究对象按照列又恢复到磁化前的混乱状态即无序度增玻耳兹曼,△△,加磁化嫡变大故即受热的定义,运动影响的无序度减少介质的
6、温度降低可,,见绝热去磁可使介质的温度下降根据这样为玻尔兹曼常数表示系统宏观状态,的原理来获得低温的方法称为绝热去磁致冷所包含的微观状态数那么磁嫡是如何,随法通常又简称磁致冷与而变化的呢我们先从能量的角度,图为工程技术中的一种磁致冷实验装来考虑这一问题设系统由个原子构成根、、、,,置的示意图磁材料块等间距地放据量子力学理论当原子的总角动量为时。,在一个每转停留一段时间的转动轮盘上相应的磁矩是,二区乃另例产、﹄一敬弓吓寸一巴即卜缸,,,是常数称为朗德因子对于电子自旋,,,负载区为电子质量在外磁场中与相互作用能为·。一,,因为当与
7、的方向一致时系统能量最低,在方,向的投影为一声利用式得当材料块进人磁化区,后迅速磁化可视为,,邵绝热磁化温度升高但因与大气相通在此,,,,,一一⋯⋯是磁量子数取值范围,后一段时间内放热后恢复原来温度随即进····是总量子数,有个取,因迅速脱离磁化场一人负载区而去磁可视为,,。一,,值叫做玻尔磁子所以在外磁场中,’。乒’‘’碑了’,’产’一‘绝热去磁因而温度降低在一段时间内由巨尸”叭尸一火,,,四块材料,负载区吸热这样依次周而复始自旋的能量状态裂为由所规定的,,,不断重复上述过程就可以把与环境绝热的个能级相反在没有外磁场即石的情
8、况物理与工程,,下自旋的个能级处于简并状态如,,仅仅处于基态能级而且也将占有激发态所、,、图对应的分子磁矩取向如图以,在温度变化时,尸码是与,的函数所示因而这时的磁嫡凡也是与的函数温度,,,一‘拍二‘,越高凡越大所以在。与之间即刀扮,下面我们以磁致冷的卡诺循环为例说,韶沪·明
