Адиабатное размагничивание.

В 1905 г. П. Ланжевен показал, что изменение намагниченности парамагнитного вещества должно сопровождаться обратимыми изменениями температуры. Парамагнитное вещество можно рассматривать как систему, состоящую из элементарных магнитных диполей, обладающих магнитным моментом, но очень слабо взаимодействующих между собой. Вплоть до гелиевых температур диполи расположены хаотически, что обусловлено их тепловым движением и слабым взаимодействием. Однако их можно ориентировать (перевести в упорядоченное состояние) наложением внешнего магнитного поля. Причем сделать это можно только, если энергия колебаний решетки мала и не влияет на магнитную систему. Появляется возможность уменьшить энтропию системы при помощи внешнего магнитного поля, напряженность которого H можно рассматривать в качестве параметра состояния X. Таким образом получаем принципиальную возможность использовать эту систему для охлаждения.

Применительно к термомагнитной системе, для которой энтропия является функцией температуры и напряженности поля s=f(Т,Н). В магнитной системе выражение для элементарной работы dL=–HdM. Знак минус показывает, что при увеличении намагниченности работа производится над магнетиком. В этом случае первое начало термодинамики можно записать в форме du=dq+HdM (изменение объема магнитного вещества при этом не учитываем). С учетом второго начала запишем

du=Tds+HdM.

Таким же образом можно ввести магнитную энтальпию e=u–НМ.

Магнитокалорический коэффициент

.

характеризует дифференциальный эффект процесса охлаждения.

Метод адиабатного размагничивания чаще всего применяют для получения низких температур в интервале от 1 до 0,001 К. Верхняя граница применимости метода определяется температурой Т₀, выше которой тепловые колебания очень интенсивны, и система не может быть упорядочена воздействием внешнего магнитного поля. Нижняя граница определяется температурой θ_s, при которой энергия взаимодействия частиц становится сравнимой с их тепловой энергией. При этом достигается упорядоченное состояние самопроизвольно без наложения внешнего магнитного поля.

Это выражение носит название закона Кюри и является простейшей формулой уравнения состояния парамагнитного вещества. Уравнение (306) характеризует свойства «идеального» парамагнетика, являясь в некотором роде аналогом уравнения состояния идеального газа.

Закон Кюри становится несправедлив при больших H/T, т.е. при весьма низких температурах, поскольку при Т→0 неограниченно возрастает намагниченность М, что противоречит (305).

Изменение температуры в процессе адиабатного размагничивания от Τ_н до Т_к

где С – постоянная Кюри, Дж·К/[(А/м²)ч].