高温超导导线Ic—B特性测量实验报告.docx

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1、高温超导导线Ic-B特性测量姓名：*&……%同组：%￥#@班级：%￥#@指导老师：&……%￥实验日期：2015/4/23【摘要】测量了高温超导导线Bi2223/Ag的临界电流值对外加磁场的依赖关系。实验结果表明：超导线材的临界电流与磁场大小有关，外磁场越大，临界电流值越小，近似成指数关系；Bi-2223/Ag呈扁带状，临界电流值还与磁场的方向有关，对磁场的依赖性呈各向异性。【关键词】高温超导；临界电流；外磁场；依赖性一、引言众所周知，金属等导电材料在传导电流时，都会表现出对电流的阻碍作用，造成电能的损耗。然而，1

2、911年荷兰科学家Onnes首先发现：汞的电阻在4.2K时会减小到零。于是，将这种电阻在特定温度下消失的现象命名为“超导电性”（superconductivity）。1933年，W.Meissner和R.Ochsebfekd共同发现了超导体的完全抗磁性，即迈斯纳效应；零电阻特性和完全抗磁性是超导体的两大基本特征，光有低温下电阻突然消失的现象还不能说明是超导现象，迈斯纳效应是必要条件。1935F.London和H.London提出伦敦方程，给出了超导电动力学的初步结果；1950年皮帕尔德提出了相干长度的概念，相干、

3、相干长度等一系列概念被提出来。1957年，J.Bardeen，L.V.Cooper和J.R.Schrieffer三人共同提出BCS理论从微观上给出了超导电性的解释，这一理论可以给出超导载流子的波函数，计算了超导能隙和临界转变温度，预言临界温度的上限。而由L.D.Landau和V.L.Ginzburg于1950建立的超导电性的唯象理论G-L理论，在预言超导体的现象和行为时比BCS更加有用和直观。而A.Abrikosov借此发现了第二类超导体。简单来说，第一类超导体相干长度大于穿透深度，第二类反之，这引起了界面能的不

4、同，从而导致两类超导体在磁场行为下的不同。第二类中存在一种叫混合台的状态，顾名思义，即磁场会穿透到超导体内部，磁通线周围的物质处于正常态，磁通线之间的物质仍处于超导态。在理论发展到一定阶段，接下来的任务似乎就是不断寻找材料来实现应用，使临界电流Tc不断升高。几十年间人们逐步发展出材料钇钡铜氧（Y1Ba2Cu3Ox）和铋锶钙铜氧（Bi2Sr2Ca2Cu3Ox，110K）相继被发现，高温超导的时代到来。可以这么说，高温超导材料的发现对于超导电气工程应用具有重大的意义．高温超导体可以承载很高的电流密度，在很多场合可以实

5、现传统导体所无法实现的功能，因为超导体几乎没有焦耳热损耗，在实际运行中可大大减少功率损耗。[1]一、实验（一）实验装置：高温超导导线是清华大学物理系自己制作的Bi-2223/Ag导线，其他辅助装置是直流磁体、测量架、杜瓦箱、大电流电源、磁体电源及纳伏电压表。1）磁体采用有磁路的结构：产生直流磁场。图1磁体结构示意图图2匀场区范围与样品宽度的比较图3磁体标定曲线2）测量架：为HTS材料提供支撑；分流使能够为HTS材料提供大电流，顶部有旋转平台。图4测量架底部结构示意图3）直流稳压电源（LDC电源）：为HTS材料导线

6、样品通电。图5LDC电源前面板图6LDC电源控制程序4）纳伏电压表2182表5）磁体电源：给直流磁体供电图7磁体电源面板示意图图8四点法测量原理图（一）四点法测量原理实验基本原理是四点法测量，此四点即接入HTS导线的两个端点加上焊的两个电压引线点。在样品中与直流稳压电源连接通入直流电，焊接出来的电压引线连接纳伏电压表。超导失超判据：若样品上某相距1cm的两点之间的电势差为1uV时，此时的电流值即为超导导线样品的临界电流值。（三）实验任务1）HTS导线的伏安特性曲线2）HTS导线的临界电流与磁场大小的关系3）HTS

7、导线的临界电流在磁场下的角度依赖性一、实验结果及讨论1）HTS导线的伏安特性曲线图9HTS导线的伏安特性曲线结论：导线在0磁场条件下临界电流值为57.8A。超导导线样品由超导态到正常态的转变是一个渐变的过程，可以很明显的看到电流值较小时，电压降几乎为零，也就是说此时的电阻为零。而当导线接近或超过Ic以后，可以看到电压急剧上升。其U-I曲线近似为指数关系，即近似为U=U0×(I/Ic)n，式中的n值大小与样品的好坏有关，样品质量越好，n值越大，曲线越陡峭。与其他导体对比：一般导体的伏安特性曲线是一条线性的直线，U-

8、I关系近似为U=I×R（R为定值）；或者二极管的曲线是单向导通性，其伏安特性曲线不对称。总之，都与超导导线不同。理论解释：当高温超导导线（简称HTS导线）传输电流时，电流产生的磁场会穿透到超导体内部。但HTS导线是非理想的第二类超导体，其内部的钉扎中心会阻碍磁通线的运动，因此HTS导线可以无电阻的状态传输较大的电流。在此过程中，磁通线与传输电流相互作用，使得磁通线受到一个