高温超导材料特性测试和低温温度计教学内容.doc

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1、精品好文档，推荐学习交流物理仿真实验报告项目名称：高温超导材料特性测试和低温温度计院系名称：专业班级：姓名：学号：仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢14精品好文档，推荐学习交流高温超导材料特性测试和低温温度计一、实验目的(1)了解高临界温度超导材料的基本特性及其测试方法。(2)了解金属和半导体PN结的伏安特性随温度的变化以及温差效应。(3)学习几种低温温度计的比对和使用方法，以及低温温度控制的简便方法.二、实验原理1.高临界温度超导性1911年，卡麦林翁钠斯(H,KamerlinghOrnes

2、,1853-1926)用液氮冷却水银并通以几毫安的电流，在测量其端电压时发现，当温度稍低于液氮的正常沸点时，水银线的电阻突然跌落到零，这就是所谓的零电阻现象或超导电现象。通常把具有这种超导电性的物体，称为超导体；而把超导体电阻突然变为零的温度，称为超导转变温度。如果维持外磁场、电流和应力等在足够低的值，则样品在这一定外部条件下的超导转变温度，称为超导临界温度，用表示。在一般的实际测量中，地磁场并没有被屏蔽，样品中通过的电流也并不太小，而且超导转变往往发生在并不很窄的温度范围内，因此通常引起转变温度、零

3、电阻温度和超导转变（中点）温度等来描写高温超导体的特性，如图所示。通常所说的超导转变温度Tconset是指Tc。图1仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢14精品好文档，推荐学习交流由于数字电压表的灵敏度的迅速提高，用伏安法直接判定零电阻现象已成为实验中常用的方法。然而，为了确定超导态的电阻确实为零，或者说，为了用实验确定超导态电阻的上限，这种方法的精度不够高。我们知道，当电感L一定时，如果LR串联回路中的电流衰减得越慢，即回路的时间常数τ=L/R越大，则表明该回路中的电阻R越小。实验发现，一旦在

4、超导回路中建立起了电流，则无需外电源就能持续几年仍观测不到衰减，这就是所谓的持续电流。现代超导重力仪的观测表明，超导态即使有电阻，其电阻也必定小于10-28Ωm。这个值远远小于正常金属迄今所能达到的电阻率10-15Ωm，因此可以认为超导态的电阻率确实为零。1933年，迈斯纳(W.F.Meissner,1882-1974)和奥克森尔德（R.Ochsenfeld）把锡和铅样品放在外磁场中冷却到其转变温度以下，测量了样片外部的磁场分布。他们发现，不论是在没有外加磁场中和有外加磁场的情况下使样片从正常态转变为

5、超导态，只要T

6、1986年4月，缪勒（K.A.Muller）和贝德罗兹（J.G.Bednorz）宣布，一种钡镧铜氧化物的超导转变温度可能高于30K，从此掀起了波及全世界的关于高温超导电性的研究热潮，在短短的两年时间里就把超导临界温度提高到了110K，到1993年8月已达到了134k。迄今为止，已发现28中金属元素（在地球常态下）及许多合金和化合物具有超导电性，还有些元素只在高压下才具有超导电性。在表1中给出了典型的超导材料的临界温度（零电阻值）。仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢14精品好文档，推荐学习交流温

7、度的升高，磁场和电流的增大，都可以使超导体从超导态转变为正常态，因此常用临界温度，临界磁场Bc和临界电流密度Jc临界参量来表征超导材料的超导性能。自从1911年发现超导电性以来，人们就一直设法用超导材料来绕制超导线圈——超导磁体。但令人失望的是，只通过很小的电流超导就失超了，即超导线圈从电阻为零的超导态转变到了电阻相当高的正常态。直到1961年，孔兹勒（J.E.Kunzler）等人利用NaSn超导材料绕制成了能产生接近9T磁场的超导线圈，这才打开了实际应用的局面。例如，超导磁体两端并接一超导开关，可以

8、使超导磁体工作在持续电流状态，得到极其稳定的磁场，使所需要的核磁共振谱线长时间地稳定在观测屏上。同时，这样做还可以做正常运行时断开供电电路，省去了焦耳热的损耗，减少了液氦和液氮的损耗。（二）金属电阻随温度的变化电阻随温度变化的性质，对于各种类型的材料是很不相同的，它反映了物质的内在属性，是研究物质性质的基本方法之一。仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢14精品好文档，推荐学习交流在合金中，电阻主要是由杂质散射引起的，因此电子的平均自由程对温度的变化