A mágneskalorikus anyagok olyan speciális szilárdtest-anyagok (fémek, ritkaföldfémek, ötvözetek vagy más speciális vegyületek), amelyeknek a hőmérséklete megváltozik, ha külső mágneses térbe helyezzük és ott gerjesztjük őket. Ezt a jelenséget mágneskalorikus hatásnak (magnetocaloric effect, mce) nevezzük. A folyamat során az anyag hőmérséklete – ideális esetben adiabatikus körülmények között – nő, ha a mágneses teret növeljük, és csökken, ha a mágneses teret kikapcsoljuk vagy csökkentjük.


Főbb jellemzőik:

Mágneses rend: ezek az anyagok gyakran valamilyen mágneses renddel (ferromágneses, ferrimágneses stb.) Rendelkeznek, ami kulcsfontosságú a mágneses térre adott hőmérsékletváltozás során.

Fázisátalakulás: sok mágneskalorikus anyagban a legnagyobb mágneskalorikus hatás a mágneses rend és rendezetlenség (pl. Ferro- és paramágneses) közötti fázisátmenet hőmérsékletének közelében következik be.

Speciális összetételek: különösen nagy mce-t mutatnak egyes ritkaföldfémek (pl. Gadolínium) és ezek ötvözetei (például a gd–si–ge rendszerek), valamint vasalapú, mangánalapú és más ötvözetek (például la(fe,si)1313​, vagy mnfe(p,as)-típusú vegyületek).


az adiabatikus állapotváltozás vagy adiabatikus folyamat olyan állapotváltozás, amely során a termodinamikai rendszer és környezete között nem jön létre hőátadás.

A gadolínium mágneses viselkedése kiemelkedően érdekes, és jelentőséggel bír az anyagtudományban:

1.     Ferromágneses: szobahőmérséklet alatt a gadolínium ferromágneses. Ez azt jelenti, hogy külső mágneses tér nélkül is képes mágneses dipólusokat kialakítani, és állandó mágneses tér létrehozására képes. Ez a tulajdonság különösen 20 °c alatt érvényesül.

2.     Curie-hőmérséklet: a gadolínium curie-hőmérséklete körülbelül 20 °c (293 k). Ezen a hőmérsékleten a gadolínium ferromágneses állapotból paramágneses állapotba vált át. A paramágneses állapotban az anyag csak külső mágneses tér hatására válik mágnesessé, és mágneses dipólusai rendezetlenek lesznek.

3.     Paramágneses tulajdonság: curie-hőmérséklet fölött a gadolínium paramágnesessé válik. Ez azt jelenti, hogy külső mágneses tér hatására gyenge mágneses polarizáció jön létre, de az anyag nem őrzi meg mágnesességét a tér eltávolítása után.


                             Hogyan tűnik el a mágnesesség? 

   A képen fedett pályás, szöveg, asztal, személy látható Automatikusan generált leírásmiért jó ez a kísérlet?

  1.    biztonságos és egyszerű: nincs szükség veszélyes anyagokra vagy túl magas hőmérsékletre.
  2.    látványos: a mágneses tulajdonság „eltűnése” és „visszatérése” nagyon szembetűnő.



   ez a kísérlet a gadolínium mágneses tulajdonságának változását mutatja be, miközben a hőmérséklet változik. 

   egyszerű eszközökkel elvégezhető, és látványos hatást kelt.



   szükséges eszközök:

  •    egy kis darab gadolínium (lemez vagy rúd formában).
  •    egy erős mágnes (pl. Neodímium mágnes).
  •    egy tál meleg víz (kb. 40–50 °c, biztonságosan kezelhető hőmérséklet).
  •    egy tál hideg víz.
  •    egy fogó vagy csipesz (hogy biztonságosan meg tudjuk fogni az anyagot).





   előkészületek:



   mutassuk be a gadolíniumot és magyarázzuk el, hogy ez egy különleges fém, 

   amely különbözően viselkedik, ha meleg vagy hideg.



  magyarázzuk el egyszerű szavakkal, mi a mágnesesség, és hogy a gadolínium 

  szobahőmérsékleten mágneses, de ha felmelegszik, ez a tulajdonsága eltűnik.

A kísérlet menete:





  1. Indulás hideg állapotban:
    • Helyezzük a gadolíniumot egy mágnes közelébe, és hagyjuk, hogy a gyerekek lássák, ahogy a fém „tapad” a mágneshez.
    • Ezt úgy mutathatjuk meg, hogy a mágnes és a gadolínium közötti vonzást kézzel érzékeltetjük.
    •  
  2. Melegítés:
    • A gadolíniumot tegyük a tál meleg vízbe néhány másodpercre.
    • Vegyük ki fogóval, és mutassuk meg, hogy amikor a gadolíniumot visszahelyezzük a mágneshez, már nem tapad hozzá. Ez a mágneses tulajdonság eltűnését jelzi.
    •  
  3. Lehűtés:
    • Tegyük vissza a gadolíniumot a hideg vízbe.
    • Hűlés után helyezzük újra a mágneshez, és mutassuk meg, hogy a mágneses tulajdonság visszatért. A gyerekek ezt izgalmasnak fogják találni, mert olyan, mintha a fém „varázsütésre” változtatná a viselkedését.

Magyarázat gyerekeknek:

  • Mondjuk el, hogy a gadolínium olyan, mint egy "varázsfém", amely melegen elveszíti a mágneses vonzását, de ha lehűl, újra mágneses lesz.
  • Beszéljünk egyszerűen arról, hogy mi történik: "ez a különleges tulajdonság akkor jön elő, amikor a fém hőmérséklete eléri egy bizonyos szintet, amit curie-hőmérsékletnek hívnak."