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1.2磁制冷的历史背景

磁制冷的研究早在十九世纪末就开始了，在1881年Warburg首先观察到了金属铁在外加磁场的热效应。等到了1907年Langevin也发现了在恒温绝热去磁的这一过程中，其温度会下降。而在1926年的时候，Debye和Giauque两人都预言可以用磁热效应来制冷，进而而极大的促进了磁制冷技术的进步发展。1993年Giauque等人以顺磁盐为工质成功获得了1K以下的超低温，从此，在超低温范围内，磁制冷发挥了很大的用处。一直到今天，这种超低温制冷技术已经很成熟了。使用核去磁最低可达到10-8K的极低温度，但这种磁制冷方式没有循环可言。而循环方式的磁制冷的要求很特殊，所以实现起来都非常的困难，从而导致磁制冷研究长期的裹足不前。

最后到了1976年的时候，美国的Brown首先采用了金属Gd作为磁制冷的介质，并采用Stiring循环，在7T磁场的环境下进行了室温磁制冷的试验，进而开创了室温磁制冷的新纪元。从此人们也开始靶目光转向高性能的室温磁制冷材料的研究。所以，现在人们对于磁制冷的研究主要集中在室温磁制冷材料的研究方面，而本实验也是主要研究磁制冷材料。

1.3磁制冷技术的基本原理

1.3.1 磁制冷的基本原理

    磁制冷的实质就是运用了磁性材料的磁热效应。磁热效应的基本原理就是借助磁制冷材料在等温磁化时向外界放热，而在等温退磁时从外界吸收热量，进而达到了制冷的效果。

其磁制冷具体的原理如图1，首先是a—b过程中磁工质在外加磁场的作用下，其磁矩由无序变成有序，磁熵增大，向外界放热；b—c过程是磁工质的退磁过程，此时其磁矩由有序变成无序，磁熵减小，然后导致其从外界吸热。在整个过程中，磁工质向外界吸收的热量大于其向外界放出的热量，最终达到使外界温度降低。

1.3.2热力学基础[3]

热力学中，熵是微观粒子混乱程度的一个量度，因此磁熵也是磁性物质磁有序的量度。磁性材料就因有序度的改变而引起磁熵的改变，从而引起温度的改变。

熵是一个状态函数，对于一个封闭的系统，对熵的全微分就可表达为：

         dS=(∂S/∂T)_(p,B) dT+(∂S/∂B)_(T,B) dp+(∂S/∂B)_(T,B) dB           （1）

对于绝热等温过程，即dp=0；dp=0，上式中磁熵只依赖磁场的改变，因此可以把上式改写成：

          dS=(〖∂S〗_m/∂B)_(T,B) dB                                 (2)

在外加磁场B下的系统吉布斯自由能为：

           G=U-TS+pV-MB                                 (3)

其中温度T和压强p恒定，系统的体积V，磁化强度M，和熵S可以由吉布斯自由能的一阶导数而给出：

V(T,B,p)=[∂G/∂p]_(T,B)                       (4)

M(T,B,p)=〖-[∂G/∂B]〗_(T,p)                     (5)

S(T,B,p)=〖-[∂G/∂T]〗_(B,p)                     (6)

     根据上式可得：

              ((〖∂S〗_m (T,B))/∂B)_(T,p)=(∂M(T,B)/∂T)_(B,p)                        (7)

            ∆S_m (T,∆B)=∫_(B_i)^(B_f)▒(∂M(T,B)/∂T)dB                      (8) (责任编辑：qin)