Principles and application of magnetic cooling (North-Holland series in low temperature physics) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:American Elsevier Pub. Co

作者:R. P Hudson

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1972

价格:0

装帧:Unknown Binding

isbn号码:9780444103925

丛书系列:

图书标签:

• Magnetic cooling
• Magnetocaloric effect
• Low temperature physics
• Refrigeration
• Materials science
• Thermodynamics
• Condensed matter physics
• Heat transfer
• Magnetic materials
• Cryogenics

磁制冷原理与应用 磁制冷是一种利用磁性材料在磁场变化过程中发生熵变从而实现制冷的新型技术。它在许多领域具有广阔的应用前景，包括低温物理研究、食品保鲜、医疗设备、以及高效节能的家用电器等。本书将深入探讨磁制冷的核心原理，并详细介绍其在各个领域的实际应用。 第一部分：磁制冷的基本原理 本部分将从基础理论出发，系统阐述磁制冷技术的工作机制。 磁热效应（Magnetocaloric Effect, MCE）：详细介绍磁热效应的物理本质，包括磁性材料在外加磁场作用下，其内部磁矩的取向发生变化，导致晶格振动（声子）能量发生改变，进而引起材料温度升高的现象。反之，当磁场移除时，材料温度会降低。我们将从微观层面解释这一现象，涉及磁畴、磁矩以及磁耦合等概念。 磁制冷循环：阐述磁制冷过程中所采用的各种热力学循环，如斯特林循环（Stirling Cycle）、艾里循环（Ericsson Cycle）等，并重点介绍与磁制冷最匹配的卡诺循环（Carnot Cycle）的磁性模拟。我们将详细分析各个过程（磁化、热交换、去磁、热交换）中能量的传递和物质状态的变化，以及循环效率的影响因素。 磁性材料：深入探讨用于磁制冷的各类磁性材料。我们将从晶体结构、磁性能（如居里温度、磁晶各向异性、磁矩密度）、热性能（如比热、导热系数）等方面，介绍几种典型的磁制冷材料，例如： 稀土合金：特别是Gd-Si-Ge系和La-Fe-Si系合金，分析其优异的磁热效应以及在不同温度范围内的适用性。 相变材料：如Mn-Fe-P-Si系材料，探讨其近零温区磁热效应的优势。 磁性分子：介绍分子基磁性材料在纳米尺度磁制冷中的潜力。 热力学性质与磁结构的关系：分析材料的相变机制、磁相变温度与材料性能之间的关联。 传热与流体动力学：在实际的磁制冷系统中，高效的传热是至关重要的。本节将分析不同传热介质（如水、乙醇、二氧化碳等）在磁制冷设备中的应用，以及传热效率对整体制冷性能的影响。同时，还将讨论流体流动设计、通道优化等对提高传热效果的关键作用。 第二部分：磁制冷技术的实际应用 本部分将聚焦磁制冷技术在各个领域的具体应用，展现其潜力与挑战。 低温物理与科研： 超导研究：磁制冷在达到极低温度方面具有天然优势，能够为超导材料、量子计算等前沿科学研究提供稳定的低温环境。 稀释制冷：探讨磁制冷如何与传统的稀释制冷技术相结合，实现更低的实验温度。 高场磁体冷却：介绍磁制冷在冷却大型高场磁体方面的应用，保障科学仪器的稳定运行。 食品保鲜与冷链物流： 绿色环保的冰箱：磁制冷冰箱相较于传统压缩式冰箱，具有更高的能效比和更小的环境影响（不使用卤代烃制冷剂）。我们将分析磁制冷冰箱的设计原理、能耗优势以及对家庭用户的吸引力。 冷链运输：在食品运输过程中，磁制冷技术可以提供稳定且可控的温度环境，减少食品损耗，保障食品安全。 医疗与健康领域： 医学成像设备冷却：如核磁共振成像（MRI）设备中，磁体需要维持在极低温度下才能实现超导。磁制冷技术可以作为传统液氦冷却的一种替代或补充方案。 生物样本储存：在生物医药领域，需要对大量珍贵的生物样本进行长期低温储存，磁制冷技术可以提供高效且精确的冷冻解决方案。 药物研发与制造：某些药物的生产过程需要严格的温度控制，磁制冷技术有望在这些领域发挥作用。 工业制冷与能源应用： 工业过程冷却：在化工、半导体制造等行业，对生产过程进行精确的温度控制至关重要。磁制冷技术可以提供定制化的工业制冷解决方案。 热电联产与废热回收：探讨磁制冷技术与热泵、热电转换等技术相结合，实现废热的有效利用，提高能源效率。 绿色空调系统：开发基于磁制冷原理的环保型空调系统，减少对环境的污染，降低能源消耗。 第三部分：磁制冷技术的挑战与发展趋势 尽管磁制冷技术前景光明，但仍面临一些挑战，同时也在不断发展。 材料性能的提升： 提高磁热效应：寻找具有更高磁热效应、更宽温度范围以及更优异机械性能的磁性材料。 降低成本：研发低成本、易于规模化生产的磁制冷材料。 系统设计的优化： 提高循环效率：进一步优化磁制冷循环，提高能量利用效率。 小型化与集成化：设计更紧凑、更易于集成的磁制冷模块，以适应不同应用场景的需求。 磁场生成技术：研究更高效、更经济的磁场生成方法，如永磁体阵列、电磁铁等。 商业化推广： 标准化与认证：建立行业标准和评估体系，促进磁制冷产品的商业化。 市场教育与认知：提高消费者和行业对磁制冷技术的认知度和接受度。 新兴研究方向： 固态制冷：磁制冷作为一种典型的固态制冷技术，其发展将推动整个固态制冷领域的研究。 智能控制：将人工智能与磁制冷系统相结合，实现更智能、更高效的温度调控。 本书旨在为相关领域的科研人员、工程师以及对磁制冷技术感兴趣的读者提供一个全面而深入的参考。通过对磁制冷原理的透彻解析和对各类应用场景的详尽介绍，我们期望能够激发更多的创新思维，加速磁制冷技术的商业化进程，为构建一个更节能、更环保的未来做出贡献。

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这本书的封面设计相当朴实，经典的学术专著风格，那种一看就知道内容扎实、不玩虚华的调调。拿到手里分量不轻，纸张质量很不错，印刷清晰，排版也保持了学术书籍应有的严谨性。虽然它赫然挂着“低温物理系列”的名头，但初读下来，我立刻感受到作者在试图搭建一座从基础理论到实际应用的桥梁。书中对磁制冷这个前沿领域的历史沿革梳理得井井有条，让人不禁感叹这项技术经历了多少次理论的突破和实验的反复。特别是开篇部分对热力学第二定律在非常规制冷循环中应用的阐述，简直是教科书级别的清晰度，即便是初次接触磁制冷的读者，也能迅速抓住其核心物理机制。我特别欣赏作者在介绍基础概念时所采用的类比和图示，它们有效地降低了理解高深物理概念的门槛，使得整个阅读过程虽然充满挑战，却也乐趣横生，仿佛一位经验丰富的导师在耳边细细讲解，而不是冷冰冰的公式堆砌。这种对细节的关注和对读者体验的尊重，使得这本书在众多专业文献中脱颖而出，成为我案头常备的参考书。

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深入阅读这本书的后半部分时，我最大的感受是其内容的广度和深度简直令人咋舌。它绝非仅仅停留在“是什么”的层面，更是深入挖掘了“为什么会这样”和“如何才能更好”的工程哲学。作者对不同材料体系——从传统的稀土化合物到新兴的多功能磁性材料——在磁熵变效应下的性能差异进行了细致的对比分析。这种对比不是简单的罗列数据，而是结合了微观的晶格结构、电子轨道排布以及宏观的制冷效率、循环稳定性等多个维度进行交叉印证。我尤其对其中关于“磁制冷机热力循环优化”那一章节印象深刻，它详细探讨了如何通过巧妙设计磁场梯度和热交换器结构来突破传统制冷机的性能瓶颈。书中引用的实验数据大多来源于近十年来的顶尖研究成果，更新速度令人赞叹，这对于希望紧跟科研前沿的工程师和博士生来说，无疑是巨大的福音。阅读过程中，我频繁地在书中空白处做笔记，因为每一个公式推导、每一个实验结果背后都蕴含着作者深厚的功力和对物理现象的深刻洞察。

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这本书的叙事节奏掌握得非常到位，它不像某些理论书籍那样过于沉闷或跳跃。作者似乎深知学术读者的需求，总能在关键的转折点提供恰到 দেখলাম的物理图像支撑。例如，在讲解“磁卡里诺效应”时，他们并没有直接抛出复杂的数学模型，而是先通过一个精妙的宏观模型解释了磁矩排列与能量吸收释放的关系，然后再逐步引入量子力学层面的解释，这种由浅入深的构建方式，极大地增强了知识的内化效率。我发现自己阅读这本书时，很少需要频繁地查阅外部资料来辅助理解，这本身就说明了作者在知识体系组织上的高超能力。即便是涉及到低温流体力学和传热学中那些常常令人头疼的部分，作者也将其巧妙地与磁制冷系统的实际应用——比如斯特林循环与磁制冷的耦合——紧密结合起来，使得原本抽象的物理过程变得鲜活、可感。它真的在“应用”层面给出了极具操作性的指导，而非仅仅停留在理论的美好构想上。

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这本书的价值远超出一本纯粹的技术手册，它更像是一部关于“低温工程美学”的宣言。在阅读过程中，我时常会沉浸在那种对极致效率的不懈追求之中。作者在讨论特定应用场景时，比如深空探测中的超导制冷或者医用核磁共振仪的冷却系统，他们不仅提供了技术实现路径，更深层次地探讨了在极端环境或特定约束条件下，如何平衡效率、体积、重量和成本这四大工程要素。这种多维度的权衡分析，是我们在实际工程项目中经常面临的困境，而本书恰恰提供了严谨的思维框架来应对。我尤其欣赏其中关于“磁场源设计”的章节，它将电磁学、材料科学和机械设计完美地融合在一起，展示了现代低温物理研究不再是孤立学科的交叉。读完这部分内容，我感觉自己对如何设计一个高效、紧凑且可靠的低温制冷系统，有了一种全新的、更具整体性的理解和信心。

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坦白说，这本书的专业门槛确实不低，它要求读者具备扎实的物理基础，尤其是在固体物理和热力学方面有所涉猎。但即便如此，这本书的“可读性”仍然值得称赞。作者在构建复杂的理论框架时，总能穿插一些极具启发性的历史轶事或者早期的实验趣闻，这些“人性化”的元素有效地缓解了高度技术性内容的枯燥感。举例来说，书中对早期科学家在制冷效率上的争论和最终突破的描述，仿佛让我们身临其境地参与了那段激动人心的探索历程。对于正在攻读相关领域硕士或博士学位的学生而言，这本书简直是一座宝库，它不仅提供了研究课题的灵感源泉，更重要的是，它训练了一种严谨的、自洽的科学思维方式。它教会你如何系统地质疑现有技术，并具备提出颠覆性解决方案的理论准备。总而言之，这是一部需要细细品味、反复研读的经典之作，每一次重读都会带来新的领悟，其深度和广度绝对配得上“系列经典”的赞誉。

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