Магнитная система охлаждения на сплавах с памятью формы

07.10.2018

Современные холодильники достаточно сильно отличаются от своих предшественников своей формой, наличием сенсорных экранов и более богатым набором функций. Но внутри самых современных холодильников находятся все те же самые теплообменники, трубопроводы, хладагенты и компрессоры, работа которых обеспечивает достаточно чувствительную долю в общих счетах за использованную электроэнергию. Одним из перспективных направлений дальнейшего развития холодильных технологий считаются технологии магнитного охлаждения и недавно группа европейских исследователей, создав экспериментальную магнитную систему, показала, что решением большей части известных проблем могут стать специальные сплавы, обладающие так называемой памятью формы.

Магнитные системы охлаждения работают за счет магнитокалорического эффекта (magnetocaloric effect), заключающегося в том, что некоторые материалы изменяют свою температуру под воздействием прикладываемого к ним магнитного поля. Данная технология, хоть и считается весьма перспективным направлением, еще далека от практического использования за счет сложности ее реализации. Для магнитных систем охлаждения часто требуются магниты со сверхпроводящими обмотками, которые сами требуют дорогостоящего сверхнизкотемпературного охлаждения.

Для решения вышеупомянутых проблем исследователи из Технического университета Дармштадта и исследовательского института Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), Германия, использовали уникальную комбинацию магнитов и специальных сплавов. Использованные магниты были изготовлены из сплава железа, бора и неодима, а сплавы с памятью формы состояли из никеля, марганца и индия.

Получившиеся магниты являются самыми сильными на свете постоянными магнитами, способными вырабатывать магнитное поле, в 40 тысяч раз превышающее по силе магнитное поле Земли. А особый вышеупомянутый сплав, тем временем, обеспечивает максимальное понижение температуры под воздействием магнитного поля. Помимо этого, сплав может вернуться к своей изначальной форме после его деформации.

Цикл работы магнитной системы охлаждения достаточно сложен и состоит из шести шагов. На первом шаге, который длится всего одну миллисекунду, сплав попадает под воздействие магнитного поля и охлаждается. Затем воздействие магнитного поля снимается и сплав отдает свой холод через теплоотвод. Сплав нагревается, но остается, при этом, в намагниченном состоянии. После этого сплав сжимается специальным роликом, что нагревает его еще сильней, заставляет измениться внутреннюю структуру материала, который теряет остаточную намагниченность. После этого сплав восстанавливает свою изначальную форму и становится готовым к повторению цикла.

Опытный образец новой магнитной системы охлаждения является лишь демонстрацией того, как использование сплавов с памятью формы позволяет уменьшить количество требующихся постоянных магнитов, которые являются самой дорого частью технологии. Но немецкие ученые к 2022 году уже планируют построить более масштабную магнитную холодильную установку нового типа, что позволит им измерить параметры ее работы, в том числе и глубину охлаждения, плюс оценить энергетические и экономические параметры ее эксплуатации.

<< Назад: 7-нм процессор ARM для самоуправляемых авто 07.10.2018

>> Вперед: Безвентиляторный блок питания SilverStone Nightjar NJ600 06.10.2018

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Новый взляд на магнитное поле Земли 31.10.2025

Магнитное поле Земли долгое время считалось относительно стабильной структурой с предсказуемой полярностью. Однако последние исследования японских ученых показывают, что электрическая организация магнитосферы гораздо сложнее и динамичнее, чем предполагалось ранее. Команда исследователей из Киотского, Нагояского и Кюсюского университетов обнаружила, что заряженные области магнитосферы обладают противоположной полярностью по сравнению с традиционными представлениями. Так, утренняя сторона магнитного щита имеет отрицательный заряд, тогда как вечерняя - положительный, вопреки прежним теориям. Юсуке Эбихара из Киотского университета отмечает, что "электрическая сила и распределение зарядов являются следствием, а не причиной движения плазмы". Исследователи пришли к этим выводам с помощью масштабного магнитогидродинамического моделирования, имитирующего взаимодействие солнечного ветра с геомагнитным полем Земли. Моделирование позволило в деталях проследить, как потоки плазмы формируют э ...>>

Влияние белка PF4 на старение крови 31.10.2025

С возрастом наш организм претерпевает множество изменений, в том числе на уровне крови и иммунной системы. Недавние исследования показали, что ключевым фактором этих изменений может быть белок PF4, или platelet factor 4, который играет важную роль в регуляции стволовых клеток костного мозга. Американские ученые из Университета Иллинойса в Чикаго обнаружили, что с возрастом уровень PF4 значительно снижается. Это ослабление контроля над кроветворными стволовыми клетками приводит к нарушению их работы и повышает вероятность развития воспалительных процессов, онкологических заболеваний крови и сердечно-сосудистых проблем. В молодом организме PF4 выполняет функцию "регулятора роста": он контролирует распределение и деление кроветворных стволовых клеток, не позволяя им чрезмерно размножаться. С возрастом эта система контроля ослабевает, клетки начинают делиться чаще, накапливают генетические мутации и постепенно теряют способность создавать полноценные лимфоциты, что ослабляет иммуните ...>>

Музыка юности остается с нами навсегда 30.10.2025

Музыка сопровождает человека всю жизнь, но некоторые мелодии и песни оставляют особенно глубокий след в памяти. Ученые давно замечали, что композиции из подросткового возраста вызывают сильные эмоции даже спустя десятилетия, и недавно международная команда исследователей под руководством Университета Ювяскюля (Финляндия) подтвердила этот эффект научно. В исследовании приняли участие около 2000 человек из 84 стран. Ученые выявили явление, которое они назвали "пиком воспоминаний": эмоциональная привязка к музыке достигает максимума примерно в 17 лет. Именно песни этого периода чаще всего остаются значимыми и вызывают яркие эмоции долгие годы спустя. Интересно, что у мужчин и женщин наблюдаются разные временные рамки этого пика. У мужчин он приходится примерно на 16 лет, тогда как у женщин - на 19. Исследователи объясняют это различие особенностями формирования музыкальной идентичности: юноши чаще ищут самостоятельность и бунт, а девушки связывают музыку с личными отношениями и пере ...>>

Сплав Cr-Mo-Si с уникальными свойствами 30.10.2025

Разработка материалов, способных работать в экстремальных условиях, остается одной из ключевых задач современной инженерии. Особенно это важно для авиации и энергетики, где повышение термостойкости компонентов напрямую влияет на эффективность и надежность оборудования. Международная группа исследователей объявила о создании нового металлического сплава, обладающего уникальным сочетанием свойств: высокой термостойкостью, устойчивостью к коррозии и сохранением пластичности даже при комнатной температуре. Новый сплав содержит хром, молибден и всего 3 атомных процента кремния. Именно кремний способствует формированию плотного слоя оксида хрома на поверхности металла, который действует как невидимый барьер против кислорода и азота при высоких температурах. В отличие от предыдущих сплавов, этот защитный слой формируется без хрупких силицидов, которые обычно снижали пластичность и делали материалы склонными к трещинам. По словам профессора Мартина Гайльмайера из Института технологий Кар ...>>

Открыт лед, замерзающий при комнатной температуре 29.10.2025

Изучение воды продолжает приносить удивительные открытия: несмотря на то, что эта жидкость кажется хорошо известной, она способна проявлять необычные свойства в экстремальных условиях. Международная команда ученых недавно обнаружила новый вид льда, который формируется при комнатной температуре, если вода подвергается сильному давлению. Это открытие не только расширяет наши знания о воде, но и помогает лучше понять процессы в недрах планет и их спутников. Исследователи из Корейского института стандартов и науки совместно с европейскими коллегами, работающими на рентгеновском лазере на свободных электронах (XFEL) в Германии, провели серию экспериментов с водой в динамической ячейке с алмазными наковальнями. Давление изменялось от 0,001 гигапаскаля до 120 гигапаскалей в секунду - в миллионы раз выше атмосферного, при этом температура поддерживалась около 25 °C, близкой к комнатной. В течение сотен циклов ученые наблюдали, как вода многократно замерзает и тает, фиксируя каждый этап с ис ...>>

Случайная новость из Архива Роботы NASA в помощь землянам 05.07.2014 Роботизированное устройство под названием "Robonaut 2" было доставлено NASA на МКС еще в 2011 году. По своему строению механизм был cхож с человеком и имел руки и кисти, при помощи которых он мог выполнять определенные операции. Правда, нижние конечности до недавнего времени у робота отсутствовали. Но во время апрельского полета грузового корабля Dragon, который был выведен на МКС с помощью ракеты-носителя компании SpaceX, специалисты на станции получили новую пару "ног" для плановой модернизации Robonaut 2. Изначально разработчики Robonaut 2 рассматривали его как будущую замену астронавтам при выполнении опасных работ в открытом космосе. В свою очередь, примененные наработки оказались настолько удачными и перспективными для дальнейшего развития, что NASA решила вести проект, который был бы ориентирован на создание земной модификации робота для выполнения других задач. Специалисты космического агентства планируют превратили устройство Robonaut в полноценный экзоскелет, модель которого получила название "X1". Преобразившийся механизм, прежде всего, был создан для облегчения работ астронавтов в условиях невесомости. Конструкция также является и универсальным тренажером. Будучи запрограммированной на режим сопротивления движению одетого в экзоскелет космонавта, X1 позволяет эффективно противостоять во время тренировок атрофированию мышц. Однако для экзоскелета найдутся и альтернативные варианты применения уже в условиях привычной гравитации. Особую ценность X1 представляет для людей, которые прикованы к инвалидной коляске после инсульта или же получили паралич нижних или верхних конечностей в результате других болезней. Именно внедрение X1 для нужд медицины кажется наиболее актуальным и перспективным применением столь высокотехнологичной и дорогостоящей конструкции. В свою очередь можно констатировать, что именно благодаря проекту Robonaut появилась и перчатка RoboGlove. Изначально она также была ориентирована на то, чтобы стать атрибутом экипировки американских покорителей космоса. С ее помощью у астронавтов при работе на МКС или в открытом космосе увеличивалась бы сила сцепления с поверхностью. Состоящая из гибких искусственных сухожилий роботизированная перчатка позволит не просто определять при помощи встроенных датчиков силу сжатия руки. Устройство может обеспечить более надежное и удобное удержание предмета, или же наоборот - вам придется приложить дополнительное усилие, чтобы преодолеть специально создаваемое RoboGlove сопротивление. В качестве перспективного и не менее жизненно важного направления перечисленных разработок NASA рассматривается и телемедицина. Она предусматривает комплекс мер и систем с целью их дистанционной передачи при помощи телекоммуникационных технологий. Консультативная практика с помощью телемедицины необходима для повышения уровня знаний и методов диагностики при лечении, максимально быстрого обмена данными между специалистами, а также для оперативного исследования заболеваний и их последующего контроля. Тестовые испытания модели Robonaut в одном из медицинских учреждений Хьюстона продемонстрировали, что устройство при дистанционном управлении способно аккуратно и точно ввести иглу в вену пациента.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025