Je leest:

Magnetische koelkast

Magnetische koelkast

Auteur: | 24 april 2006

Natuurkundigen van de Britse Cambridge-universiteit hebben een koelinstallatie zonder bewegende onderdelen gebouwd. Het magnetocalorische materiaal van Karl Sandeman en collega’s koelt spontaan af als het een magneetveld voelt. De Britten claimen dat hun magneetkoeling tot 40% zuiniger koelt dan bestaande warmtepompen.

Dat sommige materialen afkoelen in een magneetveld is al meer dan een eeuw bekend, maar nooit commercieel toegepast. Dure of giftige materialen als gadolinium en arsenicum waren daarvoor nodig, extreem lage temperaturen en een enorm sterk magneetveld. Karl Sandeman heeft nu een legering gevonden van silicium, germanium, kobalt en mangaan die beter en goedkoper koelt dan alle voorgaande varianten.

Spanningsboog

Magneetkoeling werkt door opgebouwde kracht te ontladen. Atomen in Sandeman’s mengsel zijn kleine magneetjes, gegroepeerd in magnetische domeinen. Eén gebied met alle noordpolen omhoog, daarnaast domeinen met de zuidpooltjes omhoog, enzovoorts. Hoe warmer het materiaal, hoe harder de atomen heen en weer trillen en proberen los te bringen uit het dwangbuis van hun domein. Verwarming vertaalt zich dus in opgebouwde spanning in het domein.

Boven de kritische temperatuur breekt een magnetisch domein op en kunnen de atomen hun magneetjes vrij richten. Daarbij zetten ze de opgebouwde energie van het domein om in eigen bewegingsvrijheid. Een magneetveld van buitenaf helpt de atomen eerder los te breken: zo’n magneetveld ontlaadt de spanning en verlaagt daardoor de temperatuur van het materiaal. Haal het magneetveld weg en de domeinen vangen de atomen opnieuw, waardoor het materiaal weer opwarmt.

Afbeelding: tien millimeter breed stuk kobalt met drie magnetische domeinen. De magneetvelden vormen twee gesloten lussen door het materiaal. bron: Max Planck-instituut voor microstructuur-fysica (MPI) / G. Steierl.

Afvalwarmte

Energiezuinig koelen is een hele opgave. Allerlei technologie, van computerchip tot verbrandingsmotor, wekt restwarmte op. Van die restwarmte wil een ontwerper zo snel en zuinig mogelijk af; computerchips werken trager en motoren minder efficiënt als ze te heet worden. Koeling wekt zelf ook warmte op: een ventilator is niets anders dan een elektrische verwarming die lucht rondblaast. Door interne wrijving heeft een koeling met bewegende onderdelen daar meer last van dan een oplossing zonder zuigers en tandwieltjes.

Camfridge

Sandeman’s mengmateriaal is door kleine variaties in de fabricage in te stellen voor uiteenlopende temperaturen en werkt bij bescheiden magneetsterktes. De Cambridge-natuurkundige denkt dat hij een commerciële magneetkoeling kan maken die tot 40% minder energie kost dan bestaande koelingen. Een magnetische airconditioning of koelkast, maar ook een regulator voor hogere of lagere temperaturen liggen daarmee in het bereik. Sandeman en zijn collega’s gaan hun vondst uitbaten in het nieuw opgerichte bedrijfje Camfridge.

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 24 april 2006

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.