Liên hiệp các hội khoa học và kỹ thuật Việt Nam
Thứ tư, 07/09/2011 20:26 (GMT+7)

Làm lạnh từ

1. Làm lạnh theo kiểu nén giản khí

Tuyệt đại đa số máy móc làm lạnh ta đang dùng như điều hóa nhiệt độ, tủ lạnh, máy làm nước đá v.v… đều làm lạnh theo cách nén giãn khí. Chutrình làm lạnh gồm 4 quá trình như vẽ ở hình 1a.

1. Nén khí, khi đang ở nhiệt độ thường bị nóng lên.

2. Cho nhiệt độ tỏa ra để khí nguội lại

3. Cho khí giãn nở, khi bị lạnh đi

4 Thu nhiệt ở ngoài truyền vào để khí lạnh trở lại nhiệt độ bình thường

Quá trình 4 cho xảy ra ở trong buồng hoặc ở nơi cần làm lạnh, quá trình 2 cho xảy ra ở nơi có thể tải nhiệt phân tán đi xa cho cân bằng với môi trường xung quanh. Dùng động cơ để nén khí liên tục thực hiện 4 quá trình trên. Lượng khí nhất định gọi là khí công tác luân chuyển trong hệ nơi bị nén, nơi bị giãn đã lấy nhiệt ở nơi cần làm lạnh để đẩy ra ngoài, thực hiện vai trò máy bơm nhiệt. Muốn việc làm lạnh đạt được hiệu suất cao phải chọn khí công tác thích hợp. Trước đây người ta chọn khí công tác là NH 3(amonic) nhưng khí này độc hại. Về sau người ta chọn khí CFC hoặc HFC không độc hại, hiệu suất làm việc có thể đến 40%. Hầu hết máy lạnh hiện nay đều sử dụng các loại khí này. Nhưng khí này lúc phát tán vào trong không khí bay lên cao làm phá hoại tầng ozon. Tầng này có nhiệm vụ quan trọng là bảo vệ, chặn bớt tia tử ngoại trong ánh sáng mặt trời truyền xuống mặt đất. Tóm lại nhược điểm quan trọng của kỹ thuật làm lạnh theo kiểu nén giãn hiện nay là hiệu suất không cao (tối đa là 40%) và thải ra khí phá hoại tầng ozon, làm cho tia tử ngoại chiếu xuống mặt đất quá mạnh, rất có hại cho đời sống sinh thực vật trên trái đất.

Làm lạnh là một nhu cầu rất lớn không thể thiếu của con người. Tính toán ra thì 40 đến 50 phần trăm điện sinh hoạt là tiêu tốn để làm lạnh (điều hòa nhiệt độ, tủ lạnh, kho chứa thực phẩm….). Phải tìm cách làm lạnh khác không làm hỏng tầng ozon, hiệu suất cao hơn.

2. Làm lạnh kiểu từ

a. Hiệu ứng từ nhiệt

Nhà vật lý người Đức Emil Warburg từ năm 1881 đã phát hiện là mẫu sắt (vật liệu từ) khi đưa vào từ trường bị nóng lên một ít (cỡ vài phần trăm độ) và khi đưa ra khỏi từ trường lại bị lạnh đi. Người ta gọi đó là hiệu ứng từ nhiệt.

Nghiên cứu về hiệu ứng này, các nhà khoa học giải thích khá tường tận trên cơ sở nhiệt động học thống kê. Có thể tóm tắt như sau: Xét về mặt từ thì vật liệu từ là một hệ gồm các momen từ. Khi đưa vào từ trường hệ các momen từ có xu hướng nằm song song với từ trường ngoài. Nói cách khác, trật tự của hệ các momen từ tăng lên hay mức độ hỗn loạn của hệ giảm xuống. Về mặt thống kê nhiệt động, mức độ hỗn loạn của một hệ được đặc trưng bằng một đại lượng là entropy S. Biến thiên entropy S của một hệ liên quan đến nhiệt độ T và nhiệt lượng Q trao đổi theo công thức

Từ đây có thể giải thích ở hiệu ứng từ nhiệt có sự tỏa nhiệt và nhận nhiệt khi đưa vật liệu từ vào ra khỏi từ trường là do có sự thay đổi mức độ hỗn loạn entropy của hệ các momen từ. Các phép tính toán kỹ lưỡng được thực hiện trên cơ sở lý thuyết nhiệt động học thống kê.

Từ năm 1930 người ta đã sử dụng hiện tượng này để làm lạnh rất sâu, xuống đến nhiệt dộ gần đến nhiệt độ không tuyệt đối nhờ phương pháp gọi là khử từ đoạn nhiệt. Sau này khi có được nam châm siêu dẫn nhiều nhà khoa học cũng đã chế tạo được những máy làm lạnh kiểu từ, cho phép làm lạnh trong những điều kiện rất đặc biệt phục vụ nghiên cứu. Nhưng chế tạo máy làm lạnh từ có thể thay thế cho các máy làm lạnh phổ biến kiểu nén giãn khí thì chưa thể được vì chưa tìm được vật liệu từ nhiệt phù hợp và nam châm vĩnh cửu mạnh

Mãi đến năm 1997 hai nhà khoa học V.K Pecharsky và K.A. Gschneidner tìm ra được vật liệu từ nhiệt khổng lồ trên cơ sở đất hiếm là Gd 5(Si 2Ge 3) cùng với việc trước đó không lâu đã chế tạo được nam châm vĩnh cửu đất hiếm rất mạnh kiểu NdFeB thì việc làm lạnh từ cho dân dụng mới trở thành hiện thực.

b. Máy làm lạnh kiểu từ

Về nguyên tắc, chu trình làm lạnh cũng gồm 4 quá trình như vẽ ở hình 1b

1. Đưa vật liệu từ vào từ trường làm từ hóa, vật liệu từ nóng lên.

2. Cho nhiệt tỏa ra để vật liệu bị từ hóa nguội lại

3. Đưa vật liệu từ ra khỏi từ trường làm từ hóa để khử từ. Vật liệu từ lạnh đi

4. Cho nhiệt ở ngoài truyền vào để cho vật liệu từ hết lạnh, trở lại nhiệt độ ban đầu.

Tương tự ở ngoài truyền vào để cho vật liệu nén giãn khí, có nhiều cách bố trí để làm lạnh từ. Cơ cấu chung của máy làm lạnh từ như sau (hình 2):

Có một đĩa tròn trên có những dải có chứa vật liệu từ nhiệt khổng lồ thí dụ Gd 5(Si 2Ge 2) (dưới dạng nhiều hạt bi nhỏ để dễ tỏa nhiệt, thu nhiệt). Đĩa quay qua khe của nam châm đất hiếm, nơi tập trung đường sức, từ trường rất mạnh. Khi vào khe, vật liệu từ nhiệt nóng lên. Nước được bơm qua đấy để làm nguội vật liệu từ nhiệt. Khi vật liệu từ nhiệt quay ra khỏi khe, không còn từ trường, vật liệu từ nhiệt lạnh đi. Nước cũng được bơm qua đấy để thu nhiệt làm lạnh, làm cho vật liệu từ nhiệt hết lạnh trở về nhiệt độ bình thường lúc đầu. Như vậy ở cách làm lạnh từ, chỉ cần động cơ để quay đĩa có các dải vật liệu từ nhiệt và bơm nước để tỏa nhiệt và thu nhiệt.

Vấn đề chế tạo máy làm lạnh từ hiện nay chỉ gặp khó khăn là hai loại vật liệu chủ yếu là vật liệu từ nhiệt khổng lồ và vật liệu để làm nam châm vĩnh cửu cực mạnh đều phải cần dùng đến đất hiếm. Trung Quốc đang làm chủ 98% đất hiếm bán ra trên thế giới nên có vai trò rất quan trọng trong việc phổ biến thương mại hóa các máy móc làm lạnh từ. Cần chú ý rằng chuyển sang cách làm lạnh từ không những không làm hư hại tầng ozon mà hiệu suất làm lạnh cũng tăng lên, đạt mức 60%, cao hơn 20% so với mức tối đa 40% ở cách làm lạnh bằng nén giãn khí. Máy làm lạnh từ gọn hơn, chạy êm hơn máy làm lạnh theo kiểu nén giãn.

Trong công nghệ xanh hiện nay người ta rất chú ý phát triển cách làm lạnh từ thay cho cách làm lạnh nén giãn cũng như phát triển ôtô điện thay cho ôtô chạy xăng Việc phát triển này đang gặp khó khăn vì vấn đề khủng hoảng đất hiếm.

Xem Thêm

Phát triển nhân lực trẻ cho các lĩnh vực công nghệ chiến lược
Bộ Khoa học và Công nghệ được giao nghiên cứu, đề xuất cơ chế, chính sách phát triển nhân lực trẻ chất lượng cao trong các lĩnh vực công nghệ thông tin, trí tuệ nhân tạo, hàng không vũ trụ và năng lượng nguyên tử, với thời hạn hoàn thành trong quý IV/2026.
Thúc đẩy khởi nghiệp đổi mới sáng tạo gắn với tự tạo việc làm cho thanh niên trí thức
Sáng ngày 28/7, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) đã phối hợp với Viện Khoa học và Quản lý kinh tế (IESEM) tổ chức hội thảo "Thực trạng và giải pháp thúc đẩy khởi nghiệp đổi mới sáng tạo gắn với tự tự tạo việc làm cho thanh niên trí thức trong bối cảnh Cách mạng công nghiệp 4.0".
Thúc đẩy ứng dụng AI trong quản lý năng lượng - Giải pháp then chốt giảm phát thải nhà kính
Ngày 17/12, tại phường Bà Rịa, thành phố Hồ Chí Minh (TP.HCM), Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) phối hợp cùng Sở Công Thương TP.HCM, Trung tâm Chứng nhận Chất lượng và Phát triển Doanh nghiệp và Công ty Cổ phần Tập đoàn Vira tổ chức Hội thảo khoa học “Giải pháp thúc đẩy ứng dụng AI trong quản lý, sử dụng năng lượng hiệu quả nhằm giảm phát thải khí nhà kính”.
Thúc đẩy vai trò của Liên hiệp các Hội KH&KT địa phương trong bảo tồn đa dạng sinh học và thực thi chính sách
Trong hai ngày 12-13/11, tại tỉnh Cao Bằng, Liên hiệp các Hội KH&KT Việt Nam (VUSTA) phối hợp với Trung tâm Con người và Thiên nhiên (PanNature) và Liên hiệp các Hội KH&KT tỉnh Cao Bằng tổ chức Chương trình chia sẻ “Thúc đẩy vai trò của Liên hiệp các Hội KH&KT địa phương trong bảo tồn đa dạng sinh học và thực thi chính sách”.
Thúc đẩy ứng dụng thực tiễn của vật liệu tiên tiến trong sản xuất năng lượng sạch
Ngày 24/10, tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) phối hợp với Hội Khoa học Công nghệ Xúc tác và Hấp phụ Việt Nam (VNACA) tổ chức Hội thảo khoa học “Vật liệu tiên tiến ứng dụng trong sản xuất nhiên liệu tái tạo và giảm phát thải khí nhà kính”.
Dựa vào thiên nhiên để phát triển bền vững vùng núi phía Bắc
Đó là chủ đề của hội thảo "Đa dạng sinh học và giải pháp dựa vào thiên nhiên cho phát triển vùng núi phía Bắc" diễn ra trong ngày 21/10, tại Thái Nguyên do Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (Vusta) phối hợp với Trung tâm Con người và Thiên nhiên (PANNATURE) phối hợp tổ chức.
Muốn công tác quy hoạch hiệu quả, công nghệ phải là cốt lõi
Phát triển đô thị là một quá trình, đô thị hoá là tất yếu khách quan, là một động lực quan trọng cho phát triển kinh tế - xã hội nhanh và bền vững. Trong kỷ nguyên vươn mình, quá trình đô thị hoá không thể tách rời quá trình công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nước...
Hội thảo quốc tế về máy móc, năng lượng và số hóa lần đầu tiên được tổ chức tại Vĩnh Long
Ngày 20/9, tại Vĩnh Long đã diễn ra Hội thảo quốc tế về Máy móc, năng lượng và số hóa hướng đến phát triển bền vững (IMEDS 2025). Sự kiện do Hội Nghiên cứu Biên tập Công trình Khoa học và Công nghệ Việt Nam (VASE) - hội thành viên của Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) phối hợp cùng Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long (VLUTE) tổ chức.

Tin mới

Hội nghị BCH Đảng bộ Liên hiệp Hội Việt Nam tháng 10/2026: Tập trung lãnh đạo, chỉ đạo triển khai các nhiệm vụ trọng tâm
Sáng 28/10, tại Hà Nội, Đảng ủy Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (Liên hiệp Hội Việt Nam) tổ chức Hội nghị Ban Chấp hành Đảng bộ nhằm đánh giá kết quả công tác tháng 10, xác định nhiệm vụ trọng tâm tháng 11/2026 và triển khai một số nội dung quan trọng liên quan đến công tác xây dựng Đảng.
GS.VS. Châu Văn Minh: Tăng cường kết nối khoa học, nâng cao chất lượng chăm sóc sức khỏe nhân dân
Ngày 25/10/2026, tại Hà Nội, GS.VS. Châu Văn Minh, Chủ tịch Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (Liên hiệp Hội Việt Nam), đã tham dự và phát biểu tại Hội nghị khoa học “Cập nhật các tiến bộ mới trong quản lý bệnh tiêu hóa và gan mật”, kết hợp kỷ niệm 8 năm thành lập Viện Nghiên cứu và Đào tạo Tiêu hóa, Gan mật.
TECHFEST Việt Nam 2026 đưa sản phẩm công nghệ đến gần người dân
TECHFEST Việt Nam 2026 sẽ diễn ra tại Hà Nội từ ngày 13 đến 15/11, khu vực hồ Hoàn Kiếm và phố đi bộ là trung tâm với mô hình không gian mở, đưa các hoạt động trình diễn công nghệ, triển lãm sản phẩm khởi nghiệp và kết nối đầu tư đến gần hơn với người dân, doanh nghiệp, nhà đầu tư.
Liên hiệp Hội Thành phố Hồ Chí Minh và 7 giải pháp phát huy vai trò trí thức
Tư vấn, phản biện và giám định xã hội của Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh là một hoạt động quan trọng nhằm phát huy trí tuệ, kinh nghiệm và trách nhiệm xã hội của đội ngũ trí thức khoa học và công nghệ trong quá trình hoạch định chính sách, quy hoạch và triển khai các chương trình, dự án phát triển.
Đề xuất giải pháp tăng cường vai trò kết nối của VUSTA với các Hội ngành trong hoạt động tư vấn, phản biện
Ngày 23/10, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) tổ chức hội thảo đề xuất các giải pháp đổi mới cơ chế phối hợp, phát huy tối đa tiềm năng của mạng lưới 92 Hội ngành trong hoạt động tư vấn, phản biện; khẳng định quyết tâm nâng tầm vai trò cầu nối của VUSTA, biến trí tuệ đội ngũ trí thức KH&CN thành những luận cứ khoa học tin cậy phục vụ các quyết sách của Đảng, Nhà nước và MTTQ.
Đưa tri thức số về bản, giúp người dân làm chủ công nghệ
Phổ biến kiến thức khoa học, kỹ thuật chỉ thực sự phát huy giá trị khi người dân có thể vận dụng vào đời sống. Từ hoạt động giảng dạy của chuyên gia Hội Mã số Mã vạch Việt Nam trong chương trình tập huấn “Người bản số” tại Lào Cai, có thể thấy rõ cách tiếp cận lấy kỹ năng thực hành, khả năng tự chủ và an toàn trên môi trường số làm trọng tâm.
VUSTA tập huấn nâng cao kiến thức, kỹ năng phòng cháy, chữa cháy và cứu nạn, cứu hộ tại cơ sở
Nhằm nâng cao nhận thức, trách nhiệm và kỹ năng xử lý tình huống cháy, nổ cho cán bộ, nhân viên làm việc tại tòa nhà, ngày 23/10, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam tổ chức tập huấn công tác phòng cháy, chữa cháy và cứu hộ, cứu nạn. Chương trình kết hợp phổ biến quy định pháp luật với hướng dẫn kỹ năng thực hành, góp phần chủ động phòng ngừa và hạn chế thiệt hại khi có sự cố xảy ra.
Phát huy vai trò cầu nối của Liên hiệp Hội Việt Nam trong hoạt động tư vấn, phản biện và giám định xã hội
Tăng cường kết nối giữa các hội thành viên, đội ngũ trí thức khoa học và công nghệ với các cơ quan Đảng, Nhà nước và Mặt trận Tổ quốc Việt Nam là yêu cầu quan trọng nhằm nâng cao chất lượng hoạt động tư vấn, phản biện, góp phần hoàn thiện chính sách và thúc đẩy phát triển đất nước.