The Magnetocaloric Effect and its Applications (Series in Condensed Matter Physics) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Taylor & Francis

作者:A.M. Tishin

出品人:

页数:476

译者:

出版时间:2003-12-01

价格:USD 135.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780750309226

丛书系列:

图书标签:

• 磁性
• Magnetocaloric effect
• Condensed matter physics
• Magnetic refrigeration
• Materials science
• Phase transitions
• Thermodynamics
• Magnetism
• Heat transfer
• Energy technology
• Solid state physics

磁热效应及其应用（凝聚态物理系列） 图书简介 本书深入探讨了磁热效应（Magnetocaloric Effect, MCE）这一迷人的物理现象，并全面梳理了其在制冷技术及其他新兴应用领域的广阔前景。作为凝聚态物理领域的一个重要分支，磁热效应揭示了材料在外部磁场变化下温度发生可逆变化的基本物理机制。本书旨在为研究人员、工程师以及高年级本科生和研究生提供一个既具理论深度又贴近实际应用的权威参考。 第一部分：磁热效应的理论基础 本书开篇详尽阐述了理解磁热效应所必需的热力学和统计物理学基础。我们从宏观角度审视了磁热效应与经典的焦耳-汤姆逊效应、热电效应之间的本质区别与联系，强调了其作为一种纯粹的磁致材料响应。 1.1 热力学框架与基本定义 详细介绍了描述磁热效应的核心热力学参量： 绝热去磁温变（Adiabatic Demagnetization Temperature Change, $Delta T_{ad}$）： 描述磁场撤销时材料温度的升高或降低。本书不仅给出了其精确的定义公式，还讨论了在实际实验中如何精确测量这一关键参数。 等温磁化熵变（Isothermal Magnetic Entropy Change, $Delta S_M$）： 阐述了熵变与磁化过程中磁有序态变化之间的内在联系。通过对比不同理论模型下的熵变计算方法，读者可以深入理解磁场对材料微观能级的影响。 1.2 统计物理与微观机制 深入探究了磁热效应的微观根源。重点分析了磁性材料的自旋系统与晶格振动（声子）系统之间的热力学耦合。 朗之万函数与居里-外斯定律： 讨论了顺磁性材料中磁矩的统计行为，并解释了在临界温度附近，磁矩涨落如何导致巨大的熵变。 磁有序相变： 详细分析了铁磁体、反铁磁体和亚铁磁体在第一类和第二类相变中磁热效应的差异。特别关注了临界点附近显著的峰值现象，并利用重标度理论（Scaling Theory）来描述相变过程中的普适行为。 磁晶各向异性与应变耦合： 探讨了晶体结构对磁性结构的影响，以及磁致伸缩（Magnetostriction）如何反馈到热力学过程中，尤其是在稀土和新型合金体系中。 第二部分：关键磁热材料体系的深入分析 本书的重点部分在于对现有和新兴的磁热材料家族进行系统性的梳理和评估。我们不仅关注效应的大小，更重视材料在实际应用中的关键性能指标，如热容率、磁滞损耗和工作温度范围。 2.1 稀土基合金系统 Gd基合金： 作为经典的室温磁热材料，本书详细回顾了 $ ext{Gd}_5( ext{Si}, ext{Ge})_4$ 家族的巨磁热效应（Giant Magnetocaloric Effect, GMCE）。重点分析了其在近室温下发生的尖锐的结构-磁性耦合第一类相变，以及如何通过元素掺杂（如Fe、Si）来精细调控其过渡温度。 稀土-过渡金属间化合物： 对 $ ext{Tb}$, $ ext{Dy}$, $ ext{Ho}$ 等重稀土元素构成的 $ ext{R}( ext{Fe}, ext{Co})_2$ 体系进行了深入讨论，尤其关注了它们在低温制冷领域的潜力，以及其复杂的磁性结构带来的挑战。 2.2 无稀土/低成本材料 鉴于稀土资源的稀缺性和价格波动，本书投入大量篇幅讨论了非稀土或稀土含量较低的替代材料： 锰氧钙钛矿 ($ ext{La}( ext{Fe}, ext{Si})_{13}$ 体系): 这一系列材料因其高居里温度和较大的$Delta T_{ad}$值而备受关注。我们探讨了如何通过控制 $ ext{Si}$ 含量和引入 $ ext{Ce}$ 等元素来优化其性能，并分析了其热滞后问题。 高熵合金 (High-Entropy Alloys, HEAs) 与新型合金设计: 介绍了基于机器学习和高通量计算筛选出的新型磁性合金，这些材料有望在复杂多组分体系中发现新的、高效率的磁热行为。 铁基和钴基化合物: 讨论了低成本铁基合金，例如 $ ext{Fe}_2 ext{B}$ 和 $ ext{FeRh}$ 合金，它们在特定温度范围内的应用前景，尽管其磁热效应通常小于稀土体系。 2.3 薄膜与纳米结构中的磁热效应 探讨了尺度效应对磁热效应的调控： 薄膜与界面效应: 分析了在薄膜几何约束下，磁有序和磁各向异性的改变如何增强或拓宽磁热响应。 纳米颗粒: 讨论了超顺磁性转变、表面弛豫以及增强的熵变在磁流体和热疗应用中的潜力。 第三部分：磁热技术的实际应用与工程挑战 本书的最后一部分将理论和材料科学的成果转化为实际可行的工程方案，并直面当前技术推广所面临的实际障碍。 3.1 磁制冷技术 (Magnetic Refrigeration) 详细介绍了磁制冷循环的工作原理，涵盖了主要的循环方案： 阿迪巴特循环 (Adiabatic Cycle): 经典模型，用于理解基本性能。 等温磁化循环 (Isothermal Magnetization Cycle): 理论与实际操作的衔接。 基于激冷/间歇流体驱动的混合循环: 重点介绍实际原型机中最常用的工作模式，特别是 AMR（Active Magnetic Regenerator）技术。 3.2 工程挑战与关键技术 再生器设计与热传递优化: 深入讨论了如何优化磁热材料的几何形状（颗粒大小、床层结构）以提高传热效率，同时最小化流体流动阻力。 磁体选择与优化: 对比了永磁体（如 $ ext{NdFeB}$）和电磁体在不同应用规模下的优缺点。特别关注了如何设计高场强、高均匀度的磁场，同时确保较低的能耗。 热滞后与材料稳定性: 讨论了第一类相变材料中固有的热滞后对循环效率的负面影响，并提出了通过合金设计或引入磁场梯度来缓解的策略。同时，评估了材料在长期工作环境下的抗氧化和机械疲劳能力。 3.3 拓展应用领域 除了传统的制冷技术，本书还探索了磁热效应在以下前沿领域的应用： 热泵与热能回收： 利用磁热效应实现中低温热能的有效转移和升级。 精确温度控制： 在半导体制造和生物医学领域中，使用磁热效应实现无需接触、无振动的局部精确控温。 磁流体与磁流变液： 探讨了磁热响应在流体性质调控中的潜在角色。 本书通过严谨的理论推导、丰富的材料数据和前沿的应用案例分析，为读者构建了一个从原子尺度到工程系统的完整认知框架，是该领域不可或缺的参考资料。

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从图书馆借阅的这本硬壳精装版本，其重量本身就带来一种沉甸甸的权威感。翻开后，那些穿插其中的示意图和数据拟合曲线，绘制得异常清晰，线条的粗细和颜色的区分度都非常专业，这对于理解复杂的物理过程至关重要。我注意到，书中引用的参考文献列表极其详尽，简直就是一份微型的该领域关键文献导览，这使得读者在对某个特定子领域进行更深入挖掘时，有了一个坚实可靠的起点。这本书的内容广度令人赞叹，它似乎试图囊括从基础热力学起源到最新半导体器件集成中该效应的方方面面，但同时，它在深度上也毫不含糊，许多细节的挖掘程度，连我认识的一些业内前辈都感到惊讶。它更像是一本“百科全书式”的参考书，而非一本纯粹的入门教材。

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阅读这本书的过程，更像是一次与该领域顶尖思想家的深度对话。作者在阐述某些前沿概念时，经常会穿插一些历史性的回顾，比如某个理论是如何在不同学派的辩论中逐渐成型和完善的，这种叙事手法极大地丰富了内容的层次感。它没有将科学发现描绘成一蹴而就的奇迹，而是细致地展现了科研工作者们在漫长探索过程中所经历的挫折、误解与灵光乍现。这种“去神秘化”的处理方式，对于鼓舞年轻一代的科研人员是非常有价值的。它让我意识到，顶尖的物理学研究，归根结底，是人类智慧在严酷的自然规律面前，不懈探索和不屈不挠的体现。这本书不仅是知识的载体，更是一种激励人心的精神财富。

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我试着从一位对物理学抱有浓厚好奇心，但非该领域核心专家的角度来审视这本书的入门友好度。坦白说，它一开始的切入点相当直接，毫不拖泥带水地扎入了核心理论的深处。前几章的数学推导和量子力学背景的引用密度，对于初次接触这个领域的读者来说，无疑是一道不小的门槛。我得承认，有那么几次，我不得不暂停下来，查阅好几本辅助教材来理解作者所引用的那些看似信手拈来却内涵丰富的概念。这表明，这本书的定位显然是面向已经具备扎实物理学基础的研究生或资深研究人员，它假设读者已经掌握了足够的先验知识，可以直接进入前沿探讨。如果它能增加一个更温和、更具引导性的“预备知识回顾”章节，或许能拓宽其潜在读者群，让更多有志于此的研究者能更顺畅地搭上这趟快车。

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这本书的论述逻辑严密得像一座用精密齿轮咬合而成的机械装置，每一个章节的衔接都找不到一丝松动。作者在构建理论框架时，似乎遵循着一种近乎笛卡尔式的演绎推理，从最基本的物理原理出发，步步为营，最终抵达宏大且精妙的应用前景。我尤其欣赏其中对实验验证部分的描述，那种对实验误差的细致考量、对不同测量方法的优劣对比，体现了作者极高的科学审慎态度。它不仅仅是理论的罗列，更是一种严谨的科学方法论的展示。读完某一段关于材料热力学性能的论述后，我感觉自己的思维模式都被潜移默化地塑造了，那种追求绝对精确和逻辑自洽的学术精神，通过文字的力量深刻地影响了我的认知。

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这本书的装帧设计简直是一场视觉盛宴，尤其是封面那深邃的蓝色调，让人联想到宇宙的浩瀚与未知的奥秘。内页的纸张质感也相当考究，阅读时触感温润，长时间翻阅也不会感到疲惫。我特别欣赏作者在排版上的用心，文字之间的留白恰到好处，使得复杂的图表和公式能够清晰地呈现在读者面前，不至于让人在信息的洪流中迷失方向。对于这种专业性极强的著作而言，清晰的视觉呈现是至关重要的，它极大地提升了阅读体验，仿佛你不是在啃食一本艰涩的教科书，而是在欣赏一件精心制作的艺术品。这种对细节的极致追求，足见出版方在学术书籍制作上的专业水准，让人对即将展开的阅读之旅充满了期待，感觉这不仅仅是一次知识的获取，更是一次美学的享受。

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