Demagnetisasi Adiabatik

Demagnetisasi adiabatik adalah metode yang digunakan untuk mencapai temperature paling rendah, dengan menggunakan sifat magnet suatu zat. Kita dapat melihat bahwa sifat suatu magnet timbul karena elektron elektron berperilaku sebagai magnet magnet kecil. Pada keadaan normal, dalam material paramagnetic ( material yang terdiri atas molekul molekul, yang tidak semua elektronnya berpasangan ), magnet magnet ini berorientasi secara acak. Walau demikian, dalam medan magnet lebih banyak magnet magnet yang searah dengan medan tersebut daripada yang arahnya berlawanan. Dalam istilah termodinamika, penerapan medan magnet merendahkan entropi sistem paramagnetic karena keteraturan yang disebabkannya, sehinggan entropi atau kurva temperatur berbeda, tergantung pada medan magnet yang dialaminya. Pada temperatur tertentu, entropi lebih rendah jika medan magnet diaktifkan daripada jika medan magnet dimatikan.

Teknik demagnetisasi adiabatik digunakan untuk mencapai temperature yang sangat rendah. Kurva diatas memperlihatkan variasi entropi sistem paramagnetic dengan tidak adanya medan magnet. Kurva diatas juga memperlihatkan variasi entropi jika medan diaktifkan dan menyebabkan magnet magnet elektron lebih teratur. Tahap magnetisasi isothermal adalah dari A ke B tahap demagnetisasi adiabatic (pada entropi tetap) adalah dari B ke C.

Suatu cuplikan material paramagnetic, seperti kompleks logam d- atau f-, didinginkan sampai mencapai temperature sekitar 1K dengan cara seperti yang sudah dipaparkan. (gadolinium sulfat sering digunakan kerena setiap ion gadolinium membawa beberapa elektron, tetapi ion itu dipisahan dari tetangganya oleh kantung elektron molekul yang melarut). Kemudian larutan itu dimagnetisasi dengan menerapkan medan magnet yang kuat. Magnetisasi ini terjadi ketika cuplikan dikelilingi oleh gas helium, yang menyebabkan kontak termal dengan reservoir dingin. Oleh karena itu, magnetisasi tersebut isothermal, dan kalor meninggalkan cuplikan ketika magnet magnet elektron merendahkan energinya dengan mengarah ke medan magnet. Tahap ini digambarkan dengan garis AB .

Kontak termal antara cuplikan dan lingkungannya kemudian diputuskan dengan memompa gas keluar dan kemudian medan magnet pelan pelan berkurang sampai nol. Karena dalam tahap reversibel adiabatik yang terakhir ini tidak ada aliran kalor, maka entropi cuplikan tetap sama. Dengan demikian, keadaan cuplikan berubah dari B ke C . Ketika medan mencapai nol, cuplikan mempunyai entropi lebih rendah daripada awalnya, tetapi pada tahap akhirnya sama. Oleh karena itu, kemudian cuplikan mempunyai temperature lebih rendah, jadi demagnetisasi adiabatic mendinginkan cuplikan.
Bahkan temperature lebih rendah dapat dicapai jika sebagai pengganti momen magnet elektron, digunakan momen magnet inti. Proses semagnetisasi inti adiabatik ini bekerja dengan prinsip yang sama seperti metode elektronik dan sudah digunakan untuk memperoleh rekor dunia (dalam tembaga).

Hubungan antara dalil Nernest dengan tak dapat dicapainya T = 0 digambarkan dalam pasangan diagram ini. Dalam (a) kita mengandaikan bahwa dalil itu salah, dan bahwa entropi tidak bertemu ketika T ---> 0. Kita melihat bahwa T = 0 dapat dicapai dalam tahap yang terbatas jumlahnya. Dalam (b) kita melihat bahwa tahap penurunan temperature menjadi jauh lebih kecil, jika seperti ditegaskan oleh dalil Nernes, entropi sama ketika T --> 0. Kini, tahap tahap dalam jumlah tertentu, tidak membawa sistem ke T = 0.

Dari hukum ketiga termodinamika, kita tahu bahwa kurva entropi zat zat bernilai sama ketika T --> 0. Ini menunjukkan bahwa demagnetisasi adiabatic dan nyatanya segala proses tidak dapat digunakan untuk mendinginkan objek sampai nol mutlak dalam tahap yang jumlahnya terbatas.

Daftar pustaka
Atkins, P.W.1996. Kimia Fisika Jilid 1 Edisi 4. Jakarta: Erlangga
Moran, Michael J. 2004. Termodinamika Teknik Jilid 1 Edisi 4. Jakarta: Erlangga
Oxtoby, David W. 2001. Prinsip Prinsi Kimia Modern Jilid 1 Edisi 4. Jakarta: Erlangga