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News: 'Magnetgefroren'

Magnete haben an Kühlschränken meist die Aufgabe, Einkaufszettel oder Ansichtskarten an der Tür zu fixieren. Aber in einigen Jahren könnten viel stärkere Magnete helfen, die Lebensmittel zu kühlen. Sogenannte magnetokalorische Kühlschränke würden die Energie viel besser nutzen und wären umweltfreundlicher als herkömmliche Geräte.
Wissenschaftler stellten am 18. März 1998 auf dem Treffen der American Physical Society eine neue Klasse magnetokalorischer Materialien vor, mit denen sich solche Kühlschränke verwirklichen ließen.

Der magnetokalorische Effekt tritt auf, wenn starke Magnetfelder die Spins von Atomen ausrichten. Durch diesen Übergang wird ein Freiheitsgrad der Atome eingeschränkt und damit die Entropie erniedrigt. Nach den Gesetzen der Thermodynamik muß so etwas jedoch kompensiert werden. Darum nehmen die seitlichen Zufallsbewegungen der Atome zu – sie vibrieren stärker, das Material wird also heißer. Sobald die entstandene Wärme durch ein Kühlmittel wie zum Beispiel Wasser abgeführt wurde, wird das magnetische Feld aufgehoben, und der Effekt läuft umgekehrt ab, wodurch das Material kühler wird und die Temperatur im Kühlschrank sinkt.

Die besten Ergebnisse wurden bisher mit dem Element Gadolinium erzielt. Indem sie unterschiedliche Mengen Silizium und Germanium in das Gadolinium-Gitter einbauten, schufen Vitalij Pecharsky und Karl Gschneider vom Ames Laboratory der Iowa State University eine neue Materialklasse. Diese vermag Stoffe in einem magnetischen Durchlauf zwei- bis sechsmal so gut abzukühlen. Kühlschränke könnten folglich mit schwächeren Magnetfeldern betrieben werden oder kämen mit weniger Material aus. Außerdem hat die neue Mischung einen Arbeitsbereich von Raumtemperatur bis hinunter auf - 253 oC, so daß mit magnetokalorischen Kühlschränken Wasserstoff oder Erdgas verflüssigt werden könnte, das in kleinen Kraftwerken oder zukünftigen Automobilen umweltfreundlich verbrannt werden könnte.

In einem kleinen Prototyp des Kühlschranks hat sich das neue Material bereits seit über einem Jahr bewährt.

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