超导磁悬浮力测量.doc

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1、实验　超导磁悬浮力测量实验目的1、定性观察超导磁悬浮现象2、测量超导磁悬浮力与距离的关系3、了解传感器测力的原理及使用方法实验装置实验装置包括主件和电源及显示系统两部分。主件包括磁铁、样品架、位移调节盘、液氮槽、传感器等部分。实验原理1、零电阻现象当把某种合金或金属冷却到某一特定温度Tc时，其直流电阻突然变为零，把这种在低温下发生的零电阻现象称为物体的超导电性，具有超导电性的材料称为超导体。电阻突然消失的某一确定温度Tc称为临界温度。超导体的零电阻特性在实验上是很难观察的，一个最好的方法是超导环中持续电

2、流实验。它是将一超导环先置于磁场中，然后冷却使之转变为超导体，然后撤去外场，这时在超导态的环中感生出一电流(1)其中τ＝L/R是电流衰减时间常数，L是环的自感，R为电阻。对于正常电阻τ很小，环内的电流很快衰减为零；对于超导环则情况不同，电流衰减非常慢。2、完全抗磁性当把超导体置于外加磁场时，磁通不能穿透超导体，而使体内的磁感应强度始终保持为零（B≡0），超导体的这个特性有称为迈斯纳（Meissner）效应。图一超导体的完全抗磁性完全抗磁性（见图1）是独立于零电阻特性的另一个基本属性。超导体的完全抗磁性是

3、由于表面屏蔽电流（也称迈纳斯电流）产生的磁通密度在导体内部完全抵消了由外场引起的磁通密度，使其净磁通密度为零，它的状态是唯一确定的。从超导态到正常态的转变是可逆的。迈纳斯效应可以通过磁悬浮实验直观演示：当一个小的永久磁体放到超导样品表面附近时，由于永久磁体的磁通线不能进入超导体，在永久磁体和超导体之间存在的斥力可以克服磁体的重力，而使小磁体悬浮在超导表面一定的高度。但高温超导体样品特征决定了它们具有非完全抗磁性。迈纳斯效应是个直流效应，用磁悬浮实验可直观形象描述超导体的这种抗磁特性，因此磁悬浮是个很好的

4、演示实验，但它较难给出定量结果。为了知道一个样品是否具有抗磁性需要测量该样品的磁化强度M（或磁化率X）随温度的变化关系。测量方法很多，有磁称法、振动样品磁强针及SOUID磁强计等，这些都是测量直流磁化率XDC的方法，他们要求高，装置复杂。排斥力的大小与样品的磁化强度及磁场梯度有关：(2)图2　传感器电桥实验上斥力F的大小可测量，并可用压力传感器把它变成电信号。3、仪器工作原理斥力的大小可用压力传感器把它变成电信号，力的大小与两者之间的距离有关，距离可用百分表测，这样就可测定磁悬浮力了。传感器是一个电桥电

5、路，受传感杆传来的力的作用，电桥某一臂电阻发生变化，使电桥失去平衡，有电压信号输出，输出的大小与力的大小成比例。见图2。实验内容一、测量超导磁悬浮力磁悬浮装置示意图见图3。1、实验测量前的工作图3　磁悬浮装置示意图(1)首先按说明书所述装好样品，然后把传感器的工作电压线接到仪器的电源插座，传感器的电源输出（VS）线接到仪器的信号输入插座，调节工作电压V=5.0伏。无受力的情况下VS应为零，但因为已有连接棒等负载，其输出并不为零，利用仪器调零电位器把它调到零。(2)戴好清洁手套取出超导样品，用酒精清洁其表

6、面后，装在样品架上并固定在盛液氮的胶木杯内，再把它置放在连接棒下端的磁铁（强度4500Gs左右）下面(安装样品时样品面要保持平放状态，并且固定好，以免实验过程中样品脱落。旋紧螺丝时不要过分用力，但不要过分紧张以免把样品弄坏。)。调节磁铁与样品的距离，使之在最大距离时百分表为最大指示刻线处(端线刻度30mm或0mm，百分表外壳可转动)，及最小距离时（样品表面与磁铁表面即将接触但未接触）为百分表的最小指示刻线处（0mm或30mm处），即刻度的两端点，并记住这两个点。下面的测量应在这个范围内，硬超出这两个范围

7、，将会使百分表的精度受损害，特别是超出零点时，测量到的不是真数值。如何判断已达到最小距离？只要调节到VS零值不变的最下距离即是，因为样品表面与磁铁表面相碰时VS值明显变化，并且接触时蜂鸣器会响（由于样品很脆，为了避免损坏样品，在实际过程中，我们使用和样品同厚度的模拟样品来进行调节）。2、测量(1)观察室温条件下磁铁与超导材料间相互作用情况缓慢改变磁铁与样品的距离，从最大（30㎜）到最小，并观察VS数值有否变化。(2)测量超导体排斥磁力的大小调节磁铁与样品的距离为30mm，向样品倒入液氮，起初挥发较快，再

8、倒入液氮，直到液面稳定，此时超导样品已处于超导态了。然后缓慢的减小距离，每隔1mm（大指针转一圈）测一次，一直到原来定的最小距离为止（注意样品表面与磁铁表面不能碰到，否则会产生机械斥力损坏样品）。本样品排斥力范围：0~15MV左右。然后把距离从最小到最大变化，同样每隔1mm测一次VS。两次数据不重复（在实际测量过程中，为了不损坏样品，我们待测的最小距离不是0mm，而通常是2－3mm，这样就可以避免由于样品未裝平或调节零距离不精确而造成样品和