Ваш холодильник шумит? Потерпите немного. Совсем скоро ему на смену придут новые агрегаты, в которых не только нет чему шуметь, но нет и самого хладагента. Словом, новое поколение бытовой техники осваивает самые высокие технологии.
В 1881 году немецкий физик Эмиль Варбург обнаружил, что помещенный в магнитное поле магнит имеет свойство изменять свою температуру. Вот этот эффект и решено использовать в холодильниках нового типа. Они будут практически бесшумны и более эффективны, чем ныне существующие. Инженеры убеждены, что холодильники и системы кондиционирования воздуха, сконструированные по новой технологии, появятся в продаже через год-два.
Американская компания «Астронотикс корпорейшн оф Америка» из Милуоки (штат Висконсин) уже располагает работающей холодильной установкой нового типа. В современных холодильниках, как известно, охлаждение происходит благодаря термодинамическому циклу, связанному с многократным сжатием и расширением рабочего газа. Когда газ расширяется, он охлаждается и понижает температуру внутри холодильника.
В холодильниках же на магнитном принципе охлаждение происходит благодаря периодическому наведению и гашению магнитного поля. Атомы металлов можно представить себе в виде крошечных двухполюсных магнитиков. Будучи помещены в магнитное поле, эти магнитики выстраиваются параллельно силовым линиям. А избыточная энергия, выделяемая при этом, заставляет атомы вибрировать, генерируя тепло. В результате металл нагревается. Это и было подмечено наблюдательным Варбургом.
Однако некоторое время спустя инженеры заметили, что процесс обратим, его можно использовать и для отбора тепла у объектов, иными словами — для охлаждения. Сначала этот эффект использовали в научных лабораториях при охлаждении объектов до сверхнизких температур.
Теперь тот же принцип американские инженеры предлагают использовать в диапазоне обычных температур. Все, что холодильнику потребуется для охлаждения, — вращающийся металлический диск, магнит и небольшое количество воды.
Представим себе, что магнитное поле нависает над вращающимся круглым диском. Когда часть диска попадает в магнитное поле, крошечные магнитики выстраиваются вдоль силовых линий и температура в этом месте повышается. Возникшее же тепло отводится с помощью циркулирующей воды.
Когда уже охлажденная часть диска покидает магнитное поле, атомы-магнитики, больше не удерживаемые силовыми линиями, снова разворачиваются случайным образом, затрачивая на это тепловую энергию. Диск охлаждается ниже окружающей температуры, заодно охлаждая жидкость во втором теплообменнике. Ее и используют затем в качестве хладагента.
Хотя идея такого холодильника с физической точки зрения достаточно проста, инженерам пришлось немало повозиться, доводя ее до практического применения. Например, долго подыскивали материал для диска, который бы давал максимальный тепловой эффект. В одном из вариантов, например, использовался 10-сантиметровый диск из гадолиния — редкоземельного металла, который ранее применялся лишь в записывающих головках магнитофонов.
В самых первых магнитных холодильниках ставили магниты из сверхпроводников, которые приходилось охлаждать до сверхнизких температур. Что, понятное дело, весьма удорожало и усложняло установку. Теперь же их удалось заменить постоянными магнитами, создающими почти столь же интенсивное магнитное поле.
«Все это приближает нас к реальному агрегату, который можно будет вмонтировать в серийную конструкцию», — говорит доктор Карл Гасшнайдер, главный металлург лаборатории Эймса в Айове, сотрудничающий с милуокской компанией и принимавший участие в разработке.
Впрочем, не только американцы работают над этой проблемой. Журнал «Сайенс» пишет об исследованиях в Амстердамском университете.
Голландцам удалось создать соединение на основе железа, обладающее значительным удельным выделением тепла. Очевидно, что этот сплав намного дешевле гадолиния. И руководитель амстердамской группы, профессор физики Экес Брюк, вполне резонно считает это решающим фактором для успеха всей их разработки. К тому же голландский сплав способен работать в более широком диапазоне температур. А при более высоких температурах эффект резко усиливается.
Правда, в состав голландского сплава входит ядовитый мышьяк. Однако авторы заверяют, что он настолько крепко соединен с другими элементами, что никакой опасности для людей не представляет.
Магнитные холодильники обещают быть дешевле в эксплуатации, чем обычные, поскольку требуют меньше электроэнергии. Ну, а об остальных достоинствах мы сказали в начале статьи.
С.СЛАВИН