高溫超導(dǎo)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、第9頁(yè)實(shí)驗(yàn)報(bào)告系別_班號(hào)_姓名_同組姓名_實(shí)驗(yàn)日期 _ 教師評(píng)定 _【實(shí)驗(yàn)名稱】高溫超導(dǎo)材料特性測(cè)試和低溫溫度計(jì)【目的要求】1. 了解高溫臨界溫度超導(dǎo)材料的基本特性及其測(cè)試方法。2. 了解金屬和半導(dǎo)體PN節(jié)的伏安特性隨溫度的變化以及溫差電效應(yīng)。3. 學(xué)習(xí)幾種低溫溫度計(jì)的比對(duì)和使用方法，以及低溫溫度控制的簡(jiǎn)便方法 【儀器用具】低溫恒溫器（俗稱探頭，其核心部件是安裝有高臨界溫度超導(dǎo)體、鉑電阻溫度計(jì)、硅二極管溫度計(jì)、銅-康銅溫差電偶及25錳銅加熱器線圈的紫銅恒溫塊），不銹鋼杜瓦容器和支架，PZ158型直流數(shù)字電壓表（5位半，1V），BW2型高溫超導(dǎo)材料特性測(cè)試裝置（俗稱電源盒），以及一根兩頭帶有19

2、芯插頭的裝置連接電纜和若干兩頭帶有香蕉插頭的面板連接線。【實(shí)驗(yàn)原理】1、高臨界溫度超導(dǎo)電性低溫下導(dǎo)體電阻降低到零的現(xiàn)象稱為零電阻現(xiàn)象或超導(dǎo)電現(xiàn)象，具有超導(dǎo)電現(xiàn)象的物體成為超導(dǎo)體。超導(dǎo)體電阻突然變?yōu)榱愕臏囟龋Q為超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度。維持外界磁場(chǎng)、電流和應(yīng)力在足夠低的值，樣品在一定外部條件下的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度，稱為超導(dǎo)臨界溫度Tc。但在一般測(cè)量中，地磁場(chǎng)沒(méi)有被屏蔽，樣品中通過(guò)的電流也不太小，而且超導(dǎo)轉(zhuǎn)變往往發(fā)生在并不很窄的溫度范圍內(nèi)，因此引進(jìn)起始轉(zhuǎn)變溫度Tc,onset，零電阻溫度Tc0和超導(dǎo)轉(zhuǎn)變（中點(diǎn)）溫度Tcm來(lái)描寫高溫超導(dǎo)體的特性。2、三種溫度計(jì)的溫度特性（1）金屬電阻溫度計(jì)一般而言，金屬具有正的電阻

3、溫度系數(shù)。金屬純度很高時(shí)，總電阻可以近似表達(dá)成：R=Ri(T)+Rr，Rr稱為剩余電阻。在液氮溫度以上，Ri(T)>>Rr，則有RRi(T)。在液氮正常沸點(diǎn)到室溫溫度范圍內(nèi)，鉑電阻溫度計(jì)具有良好的線性電阻溫度關(guān)系，可表示為：R(T)=AT+B，或T(R)=aR+b，其中A,B和a,b是不隨溫度變化的常量。通過(guò)鉑電阻溫度計(jì)在液氮正常沸點(diǎn)和冰點(diǎn)的電阻值，可以確定鉑電阻溫度計(jì)的A,和a,b的值，并由此可以得到鉑電阻溫度計(jì)測(cè)溫時(shí)任一電阻值所對(duì)應(yīng)的溫度值。（）半導(dǎo)體溫度計(jì)一般而言，半導(dǎo)體具有負(fù)的電阻溫度系數(shù)。在恒定電流下，硅和砷化鎵二極管PN結(jié)的正向電壓隨著溫度的升高而降低，一支二極管溫度計(jì)

4、能測(cè)量很寬范圍內(nèi)的溫度，而且靈敏度很高。（）溫差電偶溫度計(jì)兩種金屬所做成的導(dǎo)線連成回路，并使其兩個(gè)接觸點(diǎn)維持在不同的溫度時(shí)，該閉合回路中就會(huì)有溫差電動(dòng)勢(shì)存在。如果將回路的一個(gè)接觸點(diǎn)固定在一個(gè)已知的溫度，則可以由所測(cè)量的溫差電動(dòng)勢(shì)確定回路的另一接觸點(diǎn)的溫度。、未知電阻的四引線測(cè)量法由于低溫物理實(shí)驗(yàn)裝置的原則之一是必須盡可能減小室溫漏熱，因此測(cè)量引線通常是又細(xì)又長(zhǎng)，其阻值有可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)待測(cè)樣品（如超導(dǎo)樣品）的阻值。為了減小引線和接觸電阻對(duì)測(cè)量的影響，通常采用“四引線測(cè)量法”，即每個(gè)電阻元件都采用四根引線，其中兩根為電流引線，兩根為電壓引線。恒流源通過(guò)兩根電流引線將測(cè)量電流I提供給待測(cè)樣品，I=Un

5、/Rn。測(cè)量待測(cè)樣品上的電壓Ux，則待測(cè)樣品的電阻為：、亂真電動(dòng)勢(shì)和零電阻的判斷即使電路中沒(méi)有來(lái)自外電源的電動(dòng)勢(shì)，只要存在材料的不均勻性和溫差，就有溫差電動(dòng)勢(shì)存在，稱為亂真電動(dòng)勢(shì)和寄生電動(dòng)勢(shì)。在低溫物理實(shí)驗(yàn)中，待測(cè)樣品往往處在低溫下，而測(cè)量?jī)x器卻處在室溫。因此它們之間的連接導(dǎo)線處在溫差很大的環(huán)境中。而且，沿導(dǎo)線的溫度分布還會(huì)隨著低溫液體液面的降低、低溫恒溫器的移動(dòng)以及內(nèi)部情況的其他變化隨時(shí)間改變。所以，在涉及低電動(dòng)勢(shì)測(cè)量的低溫物理實(shí)驗(yàn)中，特別是超導(dǎo)樣品的測(cè)量中，判定和消除亂真電動(dòng)勢(shì)的影響是十分重要的。為了判定超導(dǎo)樣品是否達(dá)到零電阻的超導(dǎo)態(tài)，必須使用反向開關(guān)?！緦?shí)驗(yàn)步驟和過(guò)程數(shù)據(jù)記錄】1、連線及室溫檢測(cè)鉑電阻電流1.000mA，硅二極管電流100A，超導(dǎo)樣品電流10mA室溫下，測(cè)量得：鉑電阻電壓：109.15mV硅二極管電壓：0.5147V樣品電流：10.0093mA樣品電壓：0.121mV, 0.122mV鉑電阻溫度計(jì)：T(R)=aR+ba=2.3669K/，b=29.313K計(jì)算得：室溫T0=287.4K2、溫度計(jì)的比對(duì) （數(shù)據(jù)表格及圖見后）3、超導(dǎo)轉(zhuǎn)變曲線（數(shù)據(jù)表格及圖見后）4液氮沸點(diǎn)的測(cè)量 鉑電阻電流：1.0242mA、阻值：20.38，硅二極管電流：100.03A、電壓：1.0662V，溫差電動(dòng)勢(shì)：-0.00