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Magnetokalorischer Effekt


Unter dem magnetokalorischen Effekt versteht man das Phänomen, dass sich ein Material erwärmt, wenn man es einem starken Magnetfeld aussetzt, und es sich abkühlt, wenn man das Magnetfeld entfernt. Der Effekt entsteht durch die Ausrichtung der magnetischen Momente des Materials durch das Magnetfeld, die mit dem Magnetfeld auch wieder abnimmt. Die Ausrichtungsgeschwindigkeit der magnetischen Momente zeigt meist ein deutliches Hysterese-Verhalten, das vom jeweiligen Material abhängig ist. Die Suche nach geeigneten Legierungen mit geringer Hysterese soll Materialien ergeben, die sich als Kühlmittel eignen: Durch periodische Magnetisierung und gleichzeitiges Abführen der entstehenden Wärme kann mit ihnen eine Kühlwirkung erreicht werden. Der Test von entsprechenden Prototypen dient der Erprobung des Effektes für Anwendungen in Haushaltsgeräten.[1] Viele der Prototypen verwenden Gadolinium, das eine Curie-Temperatur von 19 °C hat, oder Legierungen mit Gadolinium.

Der magnetokalorische Effekt kann auch zum Erwärmen z.B. über eine Fußbodenheizung genutzt werden (magnetische Wärmepumpe). Der "Coefficent of Performance (COP)" ist höher als jener einer konventionellen Wärmepumpe.[2]

Auf der Elektronikmesse CES im Jahr 2015 stellten BASF und niederländische Wissenschaftler den ersten Prototypen eines Weinkühlers vor, bei dem eine magnetokalorische Wärmepumpe die Kälte erzeugt. Das Gerät verbraucht 35 Prozent weniger Strom als vergleichbare Modelle und arbeitet nahezu lautlos. Dabei kommt das neue Material Quice zum Einsatz, das aus den preiswerten und leicht zu beschaffenden Elementen Eisen und Mangan hergestellt wird. Wenn dieser Werkstoff in ein Magnetfeld gerät, erwärmt er sich um 20 Grad und mehr. Diese Wärmeenergie nimmt ein Kühlkreislauf auf, in dem Wasser zirkuliert. Es transportiert die Wärme in die Umwelt. Parallel dazu kühlt das Innere des Kühlgerätes ab.[3]

Entropie

Die Gesamtentropie eines Systems ist konstant oder steigt. Bei dem magnetokalorischen Effekt besteht die Gesamtentropie aus der thermischen und der magnetischen Entropie. Durch die Ausrichtung der magnetischen Momente in einem Material sinkt die magnetische Entropie. Somit muss die thermische Entropie als Ausgleich steigen und somit die Temperatur.

Literatur

  • Horst Stöcker: Taschenbuch der Physik. 4. Auflage. Verlag Harry Deutsch, Frankfurt am Main 2000, ISBN 3-8171-1628-4.

Weblinks

Einzelnachweise

  1. DLF am 4. Juni 2009
  2. machbarkeitsstudie für magnetische wärmepumpen
  3. ingenieur.de: Magnet ersetzt den Kompressor bei Kühlschränken

Siehe auch


Kategorien: Magnetismus | Thermodynamik

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