1881年,德国物理学家埃米尔 · 沃伯格(Emil Warburg)把一片金属放在一块强磁铁附近,结果金属片热了起来。今天的科学家和工程师们希望利用这一现象,但不是用于致热,而是用于制造既安静又高效的新型冰箱。

现有冰箱的制冷能力来自气体的重复压缩和膨胀。当气体膨胀时,它就冷却,并在一个绝缘的闭合空间里循环使内容物降温。与此相反,磁冰箱则通过反复开、关磁场来实现致冷。

在某些金属里,原子就像方向任意排列的细小磁棒。当置于磁场中时,这些磁棒就会迅速转动,直至与磁力线平行。这是一种较低能态,而剩余的能量则使原子振动,从而产生热量。

工程师们在几十年前就想到可以逆转这一过程,即把热量从物体中提取出来使之变冷。现在,同样的原理可以在常温下被应用。有朝一日,一只旋转的金属圆盘、一块磁铁和一些水将用来冷冻你的食物,其原理如下:

磁铁跨越金属圆盘的一部分。当圆盘的一部分旋转进入磁场时,圆盘内细小的磁棒就排列成行,温度上升。水在圆盘上循环,当圆盘的这部分离开磁场时,磁棒不再成行,部分热能被消耗于推动磁棒回到任意方向,从而使金属圆盘冷却到室温以下;此时流过金属圆盘的循环水被冷却后用于冰箱的致冷。

虽然道理很简单,但研究人员一直在改进设计方案,首先要找到能获得最佳磁热效果的金属。目前的原型冰箱使用一只大小与CD片差不多的钆(一种用于录音机磁头的金属)制圆盘。

更早的原型冰箱也采用过超导磁铁,但它本身需冷却到极低的温度才能产生磁场。在最新的原型冰箱中,科学家们改用能产生差不多同样强度磁场的永久磁铁。

美国衣阿华州埃姆斯实验室的资深冶金学者卡尔A · 格什耐德纳(Karl A. Gschneidner)博士说:“它正在接近正式装置中的实用机型,”他一直与美国密尔沃基市美洲航天公司的同事们一起从事该原型冰箱的研制工作。

美国马里兰州盖瑟斯堡的全国标准和技术研究所磁性材料小组领导人罗伯特D · 沙尔(Robert D. Shull)博士认为,采用永久磁铁“的确是一个可喜的进步”。但沙尔博士想要了解更多的详细情况。他说:“我不知道它的功效如何。我们需要知道它是否能实现商品化,这是一个关键问题。”

在《自然》杂志上个月发表的一篇文章中,阿姆斯特丹大学的科学家们称他们研制出一种铁化合物也能在磁场中表现出较高的致热效应。该化合物中的铁和其他成分要比钆廉价得多。该文作者、物理学教授埃克斯 · 布雷克(Ekkes Brek)博士称铁化合物“或许更适用于”生产,“因为它便宜得多。”

沙尔博士指出,这种铁化合物的另一个优点是能在较暖的温度下工作,即可以在100度的条件下工作。而在这样的温度下,钆就不中用了。“这就是它的可贵之处,在稍高的温度下也有这么好的效果。”

令格什耐德纳博士担忧的是铁化合物里有一种有毒的成分——砷;而钆则对动、植物无害。由于钆和磁铁都不便宜,因此磁冰箱的价格会比传统冰箱更高些,但它更节能,运行费用也更低。而且磁冰箱不使用氯氟烃。

高级航天工程师罗伯特P · 赫尔曼(Robert P. Herman)补充说,磁冰箱的另一个好处是可使压缩机发出的噪音销声匿迹。“你唯一能听到的是非常轻的马达运转声,就这些。一旦把它放进密封罩壳里,你就什么也听不到了。”

[The New York Times,2002年2月19日]