Przystanek nauka - portal Uniwesytetu Śląskiego w Katowicach

W grupie badawczej prof. Szadego realizowanych jest kilka różnych projektów badawczych. Jeden z nich dotyczy opisywania nowych materiałów służących do tzw. schładzania magnetokalorycznego. Koordynatorem projektu jest Instytut Metali Nieżelaznych w Gliwicach, a poszczególne etapy badań prowadzone są przez naukowców z Politechniki Warszawskiej, z Instytutu Fizyki PAN, Instytutu Metalurgii i Inżynierii Materiałowej PAN oraz przez zespół prof. Szadego. Fizycy z Uniwersytetu Śląskiego badają materiały syntezowane wcześniej w innych ośrodkach. – Naszym zadaniem jest jak najdokładniejszy opis materiałów pod względem struktury elektronowej, która determinuje praktycznie wszystkie właściwości fizykochemiczne. Oczywiście one są tak projektowane, by można otrzymać jak najlepsze efekty schładzania magnetokalorycznego – wyjaśnia fizyk.

Modelowane materiały mogą w przyszłości posłużyć do stworzenia nowego typu chłodzących urządzeń, dzięki wykorzystaniu efektu magnetokalorycznego. Z jednej strony dąży się do stworzenia urządzeń, które będą zużywać znacznie mniej energii w procesie chłodzenia, z drugiej – poszukuje się materiałów przyjaznych dla środowiska. Powszechnie znany sposób schładzania w lodówkach i klimatyzatorach bazuje na przemianach termodynamicznych. Substancja gazowa jest sprężana i rozprężana, wskutek czego pobiera ciepło z pomieszczenia, które ma być chłodzone i oddaje je na zewnątrz urządzenia.

– Z tyłu lodówek zawsze możemy odczuć wyższą temperaturę, ciepłe powietrze z klimatyzatorów jest natomiast oddawane na zewnątrz budynku – mówi prof. Szade. – Co więcej, materiałami, które ulegają sprężaniu i rozprężaniu, są najczęściej różnego rodzaju węglowodory, między innymi te, które nazywamy freonami. Wiemy o nich, że dostają się do atmosfery i przyczyniają się między innymi do efektu cieplarnianego, dlatego szukamy nowych sposobów chłodzenia – dodaje naukowiec.

Spróbujmy zatem wyobrazić sobie tzw. lodówkę magnetokaloryczną. Jej nazwa mogłaby wprawdzie oznaczać funkcję zmniejszania kaloryczności produktów w niej przechowywanych poprzez „przyciąganie” niechcianych kalorii do ścian urządzenia, ale niestety nie w tym tkwi jej sekret. Magnetokaloryczny efekt oznacza bowiem zjawisko obniżania temperatury danego materiału (łac. calor – ciepło), będącej efektem jego przechodzenia przez zmienne pole magnetyczne. Innymi słowy, jak wyjaśnia prof. Szade, poszukiwany materiał w wyniku procesu magnesowania i rozmagnesowania w jednym miejscu mógłby pobierać ciepło (z wnętrza urządzenia czy z pomieszczenia), w innym zaś je oddawać. Zasada działania takiego urządzenia nie jest skomplikowana. Problemem okazuje się znalezienie materiału o pożądanych właściwościach, którego temperatury przemian magnetycznych będą się wahały w granicach 18–27 °C dla klimatyzatorów czy lodówek. Grupy badawcze w różnych międzynarodowych ośrodkach naukowych, w tym również zespoły pracujące w ramach projektu koordynowanego przez IMN w Gliwicach, poszukują zatem substancji spełniających określone wymagania, a przy tym niedrogich.

Małgorzata Kłoskowicz

Artykuł pt. „Lodówki magnetokaloryczne?” ukazał się drukiem w numerze 3 (223) „Gazety Uniwersyteckiej UŚ” (grudzień 2014)