磁制冷機(jī)是利用磁熱效應(yīng)的制冷方式。固體磁性物質(zhì)(磁性離子構(gòu)成的系統(tǒng))在受磁場(chǎng)作用磁化時(shí)，系統(tǒng)的磁有序度加強(qiáng)(磁熵減小)，對(duì)外放出熱量;再將其絕熱去磁，則磁有序度下降(磁熵增大)，又要從外界吸收熱量。
早在1907年Langevin就首先發(fā)現(xiàn)了順磁體絕熱去磁過程中，其溫度會(huì)降低。1927年，Debye和Giauque預(yù)言了可以利用此效應(yīng)制冷，并于1933年實(shí)現(xiàn)了絕熱去磁制冷。從此，在極低溫領(lǐng)域(mK級(jí)至16K范圍)磁制冷發(fā)揮了很大作用。圖32-15是實(shí)現(xiàn)絕熱去磁過程的裝置示意圖。順磁鹽懸掛在小腔內(nèi)，腔內(nèi)充滿氦氣，然后侵入液氦中。液氦減壓蒸發(fā)，氦的溫度和順磁鹽的溫度降低。整個(gè)裝置置于磁體中，磁場(chǎng)維持一段時(shí)間后，抽空氦氣使順磁鹽絕熱。然后移走磁場(chǎng)，順磁鹽的溫度下降。圖32-16是磁制冷機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖及其理想卡諾循環(huán)圖。它由四個(gè)過程組成:1-2為等溫磁化(排放熱量);2-3為絕熱退磁(溫度降低);3-4為等溫退磁(吸收熱量制冷);4-1為絕熱磁化(溫度升高)。
絕熱去磁過程只有在極低溫(16K以下)下才能實(shí)現(xiàn)，這是由于固體的晶格振動(dòng)和傳導(dǎo)電子的熱運(yùn)動(dòng)，可以忽略，故磁離子系統(tǒng)的磁熵變近似等于整個(gè)固體的總熵變的情況下，磁制冷采用卡諾循環(huán)，磁材料用稀土順磁鹽。現(xiàn)在低溫磁制冷技術(shù)比較成熟。美國、日本、法國均研制出多種低溫磁制冷冰箱，為各種科學(xué)研究創(chuàng)造極低溫條件。例如用于衛(wèi)星、宇宙飛船等航天器的參數(shù)檢測(cè)和數(shù)處理系統(tǒng)中，磁制冷還用在氦液化制冷機(jī)上。
