[实用新型]常温磁制冷演示仪

说明书

技术领域：

本实用新型属于大学物理演示教学的技术领域。

背景技术：

常温磁制冷技术以及相关产品拥有着非常优越的性能和广阔的前景。与传统的制冷技术相比，它的制冷效率可以提高20％～30％。尤其值得称道的是它不会产生氟利昂制冷所带来的环境破坏问题。此外还具有能耗低、无噪音、体积小等优点。

磁制冷就是利用磁热效应制冷；磁热效应是指磁制冷工质在等温磁化时向外界放出热量，而绝热去磁时温度降低，从外界吸收热量的现象。磁热效应在材料的居里温度附近最为显著，当作用有外磁场时，该材料的磁熵值降低并放出热量；反之，当去除外磁场时，材料的磁熵值升高并吸收热量。

目前，常温磁制冷技术还处于研究阶段。在一些实验室中，在研发磁制冷设备，通过磁制冷的手段达到了降温制冷效果。目前在常温磁致冷推广及教学方面的工作存在欠缺，没有可以演示常温磁制冷的教学装置。

实用新型内容：

本实用新型要解决的技术问题是，开发常温磁制冷演示仪用于演示教学，直观明显的演示出磁制冷的整个过程，并且演示制冷程度随磁场强度大小变化的关系，进而辅助磁制冷的理论教学及实验教学，增强大学理工科学生对磁制冷领域的了解。

本实用新型以磁卡效应为理论基础，所述的磁卡效应，即指某些物质进入高磁场区时，由于被磁化会放出热量；当其离开磁场时，由于消去了磁场会吸收热量。本实用新型的工作物质就是基于这一原理。在电机的驱动下工作物质进入磁场区，由于被磁化而放出热量，然后工作物质会离开磁场区，此时由于消去了磁场，工作物质会吸收部分热量。在教学中直观的显示磁制冷现象有助于对磁卡效应的理解和对磁制冷应用的开发。

本实用新型的技术方案是：

一种常温磁制冷演示仪，结构有产生磁场的永磁体3，其特征在于，以金属钆5作制冷工质，金属钆5镶装在绝缘材料的工作盘1上，工作盘1由可控电机2带动旋转，金属钆5作圆周运动进入或离开磁场；测温探头埋装在金属钆5内，通过电刷与测温表4电连接。

所述的金属钆5可以是金属钆片，工作盘1可以是由绝缘材料加工的圆盘，靠近工作盘1边缘镶有工作物质金属钆片。钆是一种稀土金属，因为钆具有居里温度接近室温的特点，因此钆的常温磁制冷效应非常显著，因此优选金属钆片为制冷工质。金属钆片可以在工作盘1上以工作盘1的旋转轴为对称中心安装多片，比如6～18片，有利于转速均匀。

可以采用热电偶测温。将热电偶插入工作物质金属钆5内部，比方插埋在金属钆片中，再通过圆盘上的电刷和导线连接到测温表上。这样就可以实时追踪测量插入热电偶的金属钆片的温度。

本实用新型的常温磁制冷演示仪要求有较高的磁场强度，而且磁场强度的大小在一定的范围内连续可调。因此选择如下的磁路设计和制作。

所述的磁场是由永磁体3和电磁线圈11两个部分结构产生的叠加磁场；其中，永磁体3由开口环形的磁轭13、在磁轭13两端分别安装的钕铁硼材料的磁块14、分别安置在磁块14上的两块圆台形聚磁头15构成，两磁块14的异性磁极相对；其中，电磁线圈11同轴的缠绕在永磁体3上，由连续可调的直流电源12供电。

在线圈上加上电流，可以使磁场强度的大小发生变化，由于通过线圈的电流强度连续可调，就可以产生在一定范围内连续变化的电流磁场，永磁磁场与电流磁场的叠加的磁场强度大小也可以在一定范围内连续变化。在电机的驱动下重复上一个步骤的过程，就可以直接观察并测量到具体数据，进而探讨磁制冷程度与磁场强度大小的关系。

本实用新型以优化的参数确定实现了最优的实验效果；在原有永磁磁场的基础之上增加了可以连续调节的电流磁场，这样就使这个仪器能够观察到磁制冷程度随磁场强度大小变化的关系；热电偶与电刷的巧妙结合，可以实时追踪测量金属钆片的温度，这样就能非常明显、非常直观的观察到整个物理过程中的热效应。本实用新型既弥补了室温磁制冷演示教学装置的缺欠，加强了磁学领域的演示教学工作，又着眼于室温磁致冷技术的广阔前景，力在促进该领域本身的技术改进和创新，对人才培养和市场开发都具有显著的推动作用。

附图说明：

图1是本实用新型整体结构示意图。

图2是图1的永磁体和电磁线圈组合的示意图。

具体实施方式：

实施例1 结合图1说明本实用新型的结构