Historie

Der magnetokalorische Effekt (MKE) wurde bereits 1917 von den Physikern P. Weiss und A. Picard entdeckt und beschreibt das Phänomen, dass sich magnetische Materialien erwärmen, wenn sie in ein magnetisches Feld bewegt werden und abkühlen, wenn sie daraus entfernt werden. Seit 1976 der erste Prototyp für magnetische Kühlung im Raumtemperaturbereich entwickelt wurde, hat sich die Forschung auf dem Gebiet vor allem in den letzten Jahren im Zuge der Suche nach energieeffizienten, umweltfreundlichen Kühltechniken stark intensiviert. Die Erfolge bei der Entwicklung günstiger, magnetokalorischer Materialien aus häufig vorkommenden, ungiftigen Rohstoffen ermöglichen es inzwischen, effiziente Gesamtsysteme für verschiedene Anwendungen zu entwickeln. 

Bei der magnetokalorischen Kühlung wird das magnetokalorische (MK) Material in das Magnetfeld gebracht und erwärmt sich. Die entstandene Wärme wird abgeführt, so dass das Material wieder die Ausgangstemperatur annimmt. Wird nun das magnetische Feld entfernt, kühlt das Material ab und befindet sich auf einem niedrigeren Temperaturniveau als zu Beginn des Zyklus. Somit kann das Material Wärme aufnehmen, bis wieder die Ausgangstemperatur erreicht ist. Diese Kühlung benötigt weder synthetische Kältemittel mit Treibhauseffekt noch brennbare, toxische oder explosive Substanzen wie Ammoniak, Butan oder Propan.

Die Temperaturänderung bei der Magnetokalorik basiert auf einer durch die Magnetisierung hervorgerufenen Änderung der Entropie des Materials. Bei konstantem Druck ist die Entropie S eine Funktion der magnetischen Feldstärke H und der Temperatur T. Ändert sich die Magnetfeldstärke adiabatisch, d.h. bei konstanter Gesamtentropie des Systems, tritt demzufolge gleichzeitig eine entsprechende Temperaturänderung ?T_ad auf. Erfolgt die Änderung dagegen isotherm, kommt es zu einer Änderung der magnetischen Entropie S_M. Die Kenngrößen adiabatische Temperaturänderung ?T_ad und magnetische Entropiedifferenz ?S_M werden typischerweise herangezogen, um den magnetokalorischen Effekt eines Materials zu quantifizieren. Nach der Entdeckung wurde der magnetokalorische Effekt zuerst nur im Bereich der Tieftemperaturkühlung (T < 20K) eingesetzt, bis 1976 das erste kontinuierlich arbeitende magnetokalorische Kühlgerät für Raumtemperaturanwendungen vorgestellt wurde.