外加磁场强度的降低,材料中分子运动,使得原来磁热材料内部的各个区域(磁畴)重新失去方向。如果材料被孤立开来,例如绝热过程,磁畴将吸收热能已重新排布,结果使其温度下降。如图3所示,钆合金在磁场内部先被磁化加热,然后把热能散到环境中,此时它若离开磁场,则其温度会比进入的时候更冷。
磁热效应最显着的例子之一是化学元素钆及其一些合金。当进入某一磁场时,钆的温度会上升;当它离开磁场。温度下降钆合金的磁热效应更加强。镨与镍(PrNi5)合金的磁热效应最强,它使得科学家能够达到离绝对零度只有千分之一的范围内。2001年,已可成功地研制出可在室温下商业应用化的材料和永久磁铁,可用于制造可广泛使用的磁热制冷机。
图4为顺磁性盐的熵一温图,先在T1=1K时加入磁场进行等温磁化(过程1-2),然后绝热去磁(过程2-3),温度便从T1=1K下降到0.001-0.005K。一般在绝热去磁过程中所用的顺磁性盐类主要有:铁铵[NH4Fe(SO4)2·12H2O]、铬钾矾[KCr(SO4)2·12H2O]、硝酸饰镁[Ce2Mg3(NO3)12·14H2O]等盐类。
图4是一个用绝热去磁方法产生低温的实验装置示意图。其过程如下:
1.先将顺磁性盐用一根细丝悬挂在一个装有低压气态氮的管子中,将管子上部的阀门关闭,再把管子放入装有减压液氦的杜瓦瓶内,由于管子内的低压氮气与减压液氦进行充分热交换,使顺磁性盐的温度达到与减压液氦的温度1K左右相接近,见图4(a)。
2.缓慢加入磁场,这时顺磁性盐产生的磁化热.通过与氮气进行热交换后传递给液氦,顺磁性盐的温度继续保持在1 K左右,见图4(b)。
3.打开阀门,抽去存放顺磁性盐管于内的氮气,并使其和周围液氦隔热,见图22(c) 。
4.关闭阀门,去掉磁场,顺磁场的温度就下降。如顺磁性盐和适当的磁场强度,可以获得0.001-0.005K的极低温度,绝热去磁制冷方法主要用于原子能工业等科研部门。