Pe timp de canicula si in alte perioade ale anului dispozitivele de racire sunt cei mai puternici si mai utili aliati ai nostri. Cu sisteme mai simple sau mai complexe, dispozitivele care mentin o temperatura scazuta si ne ajuta sa pastram mancare si ingrediente mai mult timp sunt si poluatori importanti. Recent, oamenii de stiinta au descoperi un cristal verde care se raceste singur odata ce e aplicat un camp magnetic.
In universul fascinant al fizicii si al magnetismului exista un concept foarte interesant: efect magnetocaloric. Efectul magnetocaloric descrie un fenomen in care anumite materiale se incalzesc cand un camp magnetic e aplicat asupra lor. Caldura degajata provine de la modificarile interne ale materialelor, care ajunge sa genereze caldura. Daca se elimina campul magnetic, materialul revine la starea initiala, reabsorbind caldura, temperatura originala fiind atinsa din nou.
Ca aplicatii practice ai putea folosi acest efect pentru refrigerare, caldura radiaza cand apare magnetizarea, iar la racire temperatura e ceva mai scazuta decat cea initiala, de dinainte aplicarii campului magnetic.
Prima data acest efect a fost observat in 1881 de catre fizicianul german Emil Warburg, dupa care a fost observat si de catre fizicienii francez si elvetian Pierre Weiss si Auguste Piccard, in 1917. Principiul fundamental de functionare a fost sugerat de catre chimistul american Peter Debye, 1926, si William Giauque, 1927. Primele frigidere magnetice au fost construite din 1933. Efectul mangetocaloric este util si cand vrei sa obtii temperaturi foarte scazute, specifice electrocasnicelor pentru racirea alimentelor si bauturilor.
Prin anii 1920 au aparut progrese majore in privinta efectului de racire cu un camp magnetic aplicat via demagnetizare adiabatica. Prima demonstratie experimentala a fost a lui Giauque si a colegului sau, D.P. MacDougall in 1933, pentru scopuri criogenice, ajungand la 0.25K.
In 2002, un grup de cercetatori de la Universitatea din Amsterdam a demonstrat cum functioneaza efectul mangetocaloric la scara mai mare.
Principiul de functionare al aplicatiilor cu racire realizata cu ajutorul magnetismului este simplu. Un dispozitiv de racire contine un magnetc care are un camp magnetic. Cand magnetul e activat si campul magnetic e activ, o placa din dispozitiv se incinge, materialul din care e facuta e magnetocaloric. Efectul de racire dispare cand nu mai avem magnetism.
In prezent s-a ajuns la depistarea unui material magnetocaloric care ar putea fi folosit pentru aplicatii la scara larga. Materialul acesta ar putea fi produs intr-o compozitie care e ieftina pentru folosirea comerciala.
Undeva in Desertul Atacama din Chile, oamenii de stiinta au gasit si au inceput sa studieze un cristal verde numit atacamita. Este vorba despre hidroxiclorura de cupru, un mineral secundar de altfel, format prin oxidarea altor minerale de cupru, in mediile aride si saline. Daca e amplasat in camp magnetic acest cristal ajunge sa se raceasca foarte mult. Spre deosebire de un banal frigider, efectul nu se bazeaza pe gaze si compresoare. Structura interna a cristalului, una neobisnuita, e raspunzatoare de racire. Temperaturile la care apare acest efect sunt si ele scazute.
De racirea surprinzatoare sunt „vinovati” si ionii de cupru pe care ii contine atacamita. Ionii determina si proprietatile magnetice ale materialului, au un electron nepereche cu o miscare ce ofera un „moment” magnetic ionului. Ionii formeaza niste lanturi lungi, minuscule de triunghiuri unite, ca niste dinti de fierastrau electric. Structura geometrica are mai multe consecinte: ionii de cupru vor mereu sa se alinieze prin miscarile lor in mod antiparalel in raport cu ei insisi, aranjarea triunghiulara nu permite acest lucru din punct de vedere geometric, deci apare „frustrarea” magnetica. Aranjarea ionilor e totusi posibila la temperaturi foarte scazute, de -264 grade Celsius, intr-o structura statica alternativa.
La aplicarea de campuri magnetice extrem de puternice s-a observat un efect de racire mai puternic, temperatura originala scazand si la peste jumatate din valoarea sa initiala. Ordinea magnetica din interiorul atacamitei se distruge complet cand se aplica noi campuri magnetice mai puternice. E ceva ciudat dupa cum au apreciat oamenii de stiinta, asta pentru ca in materialele obisnuite cu „frustrare” magnetica, exista o contracareaza frustrarea si incurajeaza reaparitia ordinii magnetice. Atacamita compenseaza aceasta „dezordine” interna prin ajustarea temperaturii.
Nu vom vedea prea curand frigidere bazate pe acest cristal verde, insa cercetari viitoare pornind de la aceasta descoperire vor fi, pentru a se ajunge la clase de materiale mangetocalorice inovative in interiorul claselor mai largi de sisteme „frustrate” din punct de vedere magnetic.