Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
Cet article a pour objet la cryogénie, c’est-à-dire la production et l’utilisation de très basses températures. Différents moyens pour atteindre ces basses températures sont présentés, notamment la cascade de fluides judicieusement choisie, le cycle de Stirling avec l’air liquide, puis l’hélium liquide (fluide frigorigène souffrant de rareté). Sont ensuite abordés les principes de la désaimantation nucléaire, puis celui de la machine frigorifique magnétique, avant d’évoquer quelques perspectives sur ce sujet très loin d’être épuisé.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Michel FEIDT : Ingénieur physicien de l’Institut national des sciences appliquées de Lyon - Docteur ès sciences - Professeur à l’université Henri-Poincaré (Nancy)
INTRODUCTION
Cette étude s’intéresse tout particulièrement à la production et l’utilisation des très basses températures ; le domaine considéré est classiquement appelé cryogénie.
Les basses températures correspondantes (typiquement inférieures à – 100 oC) nécessitent soit de recourir à des techniques différentes de celles imposées dans les deux études précédentes Production de froid et revalorisation de la chaleur : principes généraux et Production de froid et revalorisation de la chaleur : machines particulières, soit de faire appel à de nouveaux principes physiques. Les deux approches sont examinées dans le présent document.
On remarquera ici que la revalorisation de la chaleur à haute température, qui est le pendant de la cryogénie, reste un domaine peu exploré, qui mériterait sans doute plus de considération ; ce sujet ne sera qu’évoqué ici, pour préserver la symétrie formelle.
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VERSIONS
- Version archivée 1 de oct. 1998 par Michel FEIDT
- Version courante de avr. 2018 par Michel FEIDT
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Conclusions et perspectives4. Effets thermomagnétiques
4.1 Principes fondamentaux
L’entropie d’un solide magnétique est la somme de deux contributions : une contribution magnétique due au désordre directionnel des moments magnétiques et la contribution des vibrations thermiques du réseau cristallin (phonons) que l’on retrouve dans tous les solides.
En appliquant une induction magnétique B à température constante, on réduit l’entropie magnétique SM de la même manière que l’on réduit l’entropie d’un gaz par compression isotherme.
En valeur algébrique, on a :
avec :
- M :
- moment magnétique associé à B.
mais on ne modifie en rien la contribution du réseau.
La capacité thermique du matériau à induction constante CB est, elle aussi, la somme de deux contributions : l’une magnétique et l’autre due au réseau. Cette dernière représente une charge thermique passive qui limite l’abaissement de température :
que l’on peut obtenir par désaimantation adiabatique. La méthode ne présente d’intérêt que si la contribution magnétique à l’entropie est au moins comparable à la contribution du réseau. Cette éventualité peut se présenter à la température ambiante quand le solide présente une transition d’ordre magnétique dans cette région.
C’est, par exemple, le cas du gadolinium métallique dont le point de Curie est à 293 K. À cette température, une induction de 7 T réduit l’entropie magnétique de ΔSM /R = 0,25 pour une mole ; mais cette réduction ne représente qu’environ 30 % de l’entropie totale et l’intervalle de température accessible est d’environ 10 K seulement.
La situation est tout à fait différente à basse température quand l’entropie du...
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