高温超导转变温度的测定讲解

第1篇一、实验目的1. 了解高温超导体的基本特性和物理机制。

2. 学习液氮低温技术，掌握低温环境下的实验操作。

3. 测量高温超导体的临界温度（Tc）和临界磁场（Hc）。

4. 研究高温超导体的临界电流（Ic）与磁场、温度的关系。

二、实验原理高温超导现象是指某些材料在液氮温度（约77K）下表现出超导特性。

实验中，通过测量超导体的电阻、临界温度、临界磁场等参数，来研究高温超导体的物理性质。

三、实验仪器与材料1. 高温超导材料（如钇钡铜氧YBCO等）2. 低温冰箱3. 温度计4. 磁场计5. 电阻计6. 磁场发生器7. 数字多用表8. 液氮四、实验步骤1. 样品制备：将高温超导材料制备成合适尺寸的样品，通常为薄片或丝状。

2. 低温环境准备：将低温冰箱预热至液氮温度，并将样品放入冰箱内冷却至液氮温度。

3. 电阻测量：- 使用电阻计测量样品在液氮温度下的电阻。

- 记录电阻值，作为初始数据。

4. 临界温度测量：- 慢慢升温，观察电阻变化。

- 当电阻突然降至零时，记录此时的温度，即为临界温度（Tc）。

5. 临界磁场测量：- 使用磁场计测量样品在液氮温度下的磁场。

- 慢慢增加磁场强度，观察电阻变化。

- 当电阻突然降至零时，记录此时的磁场强度，即为临界磁场（Hc）。

6. 临界电流测量：- 在一定磁场下，逐渐增加电流，观察电阻变化。

- 当电阻突然降至零时，记录此时的电流，即为临界电流（Ic）。

7. 温度与磁场关系研究：- 在不同温度下，重复步骤4和5，研究临界温度（Tc）和临界磁场（Hc）与温度的关系。

- 在不同磁场下，重复步骤6，研究临界电流（Ic）与磁场的关系。

8. 数据整理与分析：- 将实验数据整理成表格，分析高温超导体的物理性质。

- 对比不同高温超导材料的物理性质，总结实验结果。

五、实验注意事项1. 实验过程中，务必保持低温环境，避免样品受热。

2. 在测量电阻、临界温度、临界磁场等参数时，要确保仪器精度。

3. 注意实验安全，防止低温伤害。

实验十一 高温超导转变温度测量实验超导电性简称超导（superconductivity ），它是指某物质在温度低于某一定值时，出现电阻率为零的现象。

自20世纪20年代起，人们就开始对超导性的理论和应用做了大量的研究。

随着超导研究的进展，特别是20世纪80年代高温超导材料问世后，超导技术已开始广泛应用于科学研究和人类生活之中。

一．实验目的1．了解FD-TX-RT-II 高温超导转变温度测定仪的结构及使用方法；2．掌握液氮低温技术；3．利用FD--RT-II 高温超导转变温度测定仪，测量氧化物超导体YBa2CuO7的超导临界温度。

二．实验原理1．超导现象在所用气体中，氮具有最低的液化温度。

1908年，卡末林·昂尼斯（H ·Kammerlingh Onnes ）首先成功地液化了氮，利用液氮又获得了4.25～1.15K 的极低温度。

在新到达的低温范围内，昂尼斯进行了金属电阻随温度变化的研究。

1911年，他发现当温度降低时，汞的电阻率先平缓地减少，当温度T <4.2K 时，汞的电阻率突然降为零。

随后他又发现，除铜、金、银与铁等室温下的良导体以外，还有其他许多金属有此现象。

1913年他将这种新的物态定名为超导态（Superconducting State ），而将电阻率突然为零的温度称为超导体转变温度（inversiontemperature ）或临界温度，用T c 表示。

在昂尼斯之后，人们又陆续发现了许多其他金属或合金在低温下也能转变为超导态，但它们的转变温度不同。

由于这些金属的超导现象是在低温下获得，故这种超导现象也称为低温超导。

处在超导态的物质具有如下重要性质：1） 直流零电阻效应如前所述，当某些金属、合金和化合物的温度下降到T <T c 时，它们的电阻率突然降为零，处于超导态。

在超导态下，物质的电阻真的完全消失了吗？最灵敏的试验是超导环中的持续电流试验：将一金属环放在垂直于环平面的磁场中，将其冷却到超导的转变温度以下，然后撤去磁场，由电磁感应原理知，这时在环中产生感应电流。

高温超导转变温度测量填空题1.超导材料: 将在一定的低温条件下呈现出零电阻和完全抗磁性的材料称为超导材料;2.超导材料的转变温度: 电阻率降为起始转变电阻率的一半时所处的温度;3.特殊温度的一些概念：每种超导电材料都有其独特的结构,从而具有相应的特征温度;高于此特征温度,材料处于正常态,具有金属性的电阻率;低于这个特征温度,电阻率为零,材料进入超导状态;通常称这个特征温度为超导体的转变温度transition temperature 或临界临界温度Critical temperature,用 Tc 表示;当ρ刚好完全到零时对应的温度,称为完全转变温度又称零电阻温度;由于材料的化学成份不纯和晶体结构不完整等因素的影响,超导体的正常态——超导态转变是在一定的温度间隔中发生的;当我们测量电阻率温度的变化关系时;我们通常将降温过程中ρ-T 曲线开始偏离直线处对应的温度称为起始转变温度Onsetpoint,该处的电阻率以ρ0n 表示;将ρon 的 90% 到 10% 所对应的温度间隔称为转变宽度,以△T c 表示;对于纯元素超导体,△T c ≈ 10-3 K ,对于氧化物高温超导体△T ≈ 几 K ;从使用的角度看,T c 越高越好,△T c 越小越好;图形如下：简答题1、为什么要用铂电阻因为金属铂具有良好的化学稳定性,体积小而且易于安装和检测,同时铂电阻的测量范围大,在本实验中能测量出所需温度;2、为什么采用四引线法可避免引线电阻和接触电阻的影响,直接用欧姆表测不行：四引线法即每个电阻原件都采用四根引线,其中两根为电流引线,两根为电压引线；若直接用欧姆表测量导体电阻,由于表内自带电源产生电流较大,相应电流也较大,且由于接触电阻的存在,从而使得分压情况较为严重,测出的R 值不够精确,同时,测量引线通常又长又细,以及接触电阻的存在,其阻值有可能远远大于待测样品的电阻,这样就无法测量待测样品阻值；而四引线法,恒流源通过两根电流引线将待测电流提供给待测样品,而电压表则是通过两根电压引线测量样品上的电压;由于两根电压引线与样品的节点处在两根电流引线的节点之间,因此排除了电流引线与样品之间的接触电阻对测量的影响；又由于电压表的阻值很高,电压引线的引线电阻以及它们与样品之间的接触电阻对测量的影响可以忽略不计;因此,四引线法减小甚至排除了引线电阻和接触电阻对测量的影响;四引线法比一般的伏安法测电阻更为精确,更适合于测量阻值较小的电阻,故本实验采用四引线法测量样品电阻;ρ T90%50%10%变温度 T C ∆T C完全转 变温度四引线法原理图3、超导电性有应用高温超导材料的用途非常广阔,大致可分为三类：大电流应用强电应用、电子学应用弱电应用和抗磁性应用;大电流应用即前述的超导发电、输电和储能；电子学应用包括超导计算机、超导天线、超导微波器件等；抗磁性主要应用于磁悬浮列车和热核聚变反应堆等; 4、为什么样品电流要尽量小能不能用增大测量电流的方法来提高测量精确度最小多少是由什么决定的因为样品的电流大的话电阻会发热,而我们做的是高温超导实验,电阻发热会给实验造成较大的误差;其次如果样品电流大的话,电压表的分流会变大,电压表接点的电阻造成的误差就会变大;5、分析引起本实验测量误差的主要因素：①虽然样品与温度计的紧密连接使得两者的温度在很短的时间内达到一致,但是还是存在着传热过程,使得温度的测量不怎么精确;②器端引线法引入的引线电阻,这些电阻会给实验造成误差;③电阻温度计温度所测得的温度并不能完全代表样品的温度,因为能量的交换是需要一定时间的,因此当样品出现超导现象时,其温度应该比电阻温度计温度所测得的温度偏高;6、本实验是如何测量超导材料所处温度的：①样品架的温度由铂电阻温度计测定,而铂电阻温度计的电阻R则随温度变化而发生变化；②温度计电流为固定值,可以通过FD-TX-RT-Ⅱ高温超导转变温度测定仪测量得到,温度计电压则随温度变化而变化可由欧姆定律U T=IR求得,但为方便记录和观察,在测量仪中显示的为放大40倍的效果,即U=40U T；③铂电阻温度在室温到液氮温度范围内,满足RT=aT+b的线性关系;7、注意事项不一定会考,但还是看一下好1、使用液氮一定要注意安全1不要让液氮溅到人体、仪器或引线上；2液氮汽化时体积将急剧膨胀,切勿将容器出气口封死；3液氮是窒息性气体,应保持实验室有良好的通风;2、样品的焊接与保存1焊接样品时,宜用小烙铁头,不应焊动压铟点处的镀银丝,并使锡焊接点保持亮泽去除助焊剂；2钇钡铜氧YBa2Cu3O7材料易吸收空气中的水汽使超导性能变坏,应存放在有硅胶干燥剂的密封容器中;3、探棒不得剧烈震动和撞击,以免震断连接样品的涂银丝而损坏仪器;拿离和放回试验台时,一定要轻拿轻放；浸入和提离低温杜瓦时,一定要将探棒竖直对准杜瓦瓶口的中心轴线缓慢操作,避免跟瓶口和其他物体碰撞;。

超导材料的超导转变温度测量与分析技巧引言超导材料是一类具有特殊电性质的材料，其在低温下能够表现出零电阻和完全抗磁性的特点。

超导转变温度是指材料从正常态转变为超导态所需的温度，是评价超导材料性能的重要指标。

本文将介绍超导转变温度的测量方法和分析技巧，帮助读者更好地理解和研究超导材料。

一、电阻法测量电阻法是最常用的测量超导转变温度的方法之一。

该方法基于超导材料在超导态下电阻为零的特性，通过测量材料的电阻随温度的变化来确定超导转变温度。

在电阻法中，通常采用四探针测量法来减小接触电阻的影响。

通过在超导材料上附加四个电极，两个电极用于注入电流，另外两个电极用于测量电压。

通过改变温度，记录电压随温度的变化曲线，当电阻突然减小到零时，即可确定超导转变温度。

然而，电阻法测量存在一些局限性。

首先，由于电极接触电阻的存在，超导转变温度的测量结果可能会受到一定的误差影响。

其次，电阻法只能测量到零电阻状态的超导转变温度，对于非零电阻的超导材料来说，该方法并不适用。

二、磁化率测量磁化率测量是另一种常用的测量超导转变温度的方法。

该方法基于超导材料在超导态下完全抗磁性的特点，通过测量磁化率随温度的变化来确定超导转变温度。

在磁化率测量中，通常采用交流磁化率测量法。

该方法通过在超导材料周围施加一个交变磁场，测量材料的交流磁化率随温度的变化。

当超导转变温度达到时，材料的交流磁化率会突然从负值跳变为正值。

然而，磁化率测量也存在一些限制。

首先，该方法对于非零电阻的超导材料并不适用。

其次，磁化率测量需要使用复杂的实验装置和精密的测量技术，对实验条件要求较高。

三、其他测量方法除了电阻法和磁化率测量法，还有一些其他的测量方法可以用于测量超导转变温度。

例如，热容法通过测量材料的热容随温度的变化来确定超导转变温度。

该方法适用于各种超导材料，但需要较为复杂的实验装置和精确的温度控制。

此外，还有一些新兴的测量方法正在被研究和发展，如超导量子干涉仪和扫描隧道显微镜等。

实验八高温超导转变温度的测量超导电性是荷兰物理学家昂尼斯（H.k.Onnes）于1911年首先发现的，在低温下它是一种相当广泛的现象，对它的研究一直吸引着人们的注意。

在超导体研究中尤以超导体转变温度的提高作为最前沿的课题，而超导体转变温度的测量则是研究中一项最基本又最重要的内容。

[实验目的]1．学会使用高温超导转变温度测量所用的各种仪器及实验软件。

2．掌握测量超导材料转变温度的方法。

3．测量超导体钇钡铜氧的超导转变温度。

4．了解安全使用液氮的基本常识及钇钡铜氧的保养、存放知识。

[实验仪器]主机，探棒，前级放大器，低温液氮杜瓦，记录仪（计算机）。

仪器主要技术参数：电压：220V±10%，50Hz功率：15W测量样品：钇钡铜氧超导体样品电流调节范围：1.5mA—33 mA样品电压最大放大倍数：10000倍样品温度变化范围：77K—室温温度计工作电流：1.00mA温度计电压放大倍数：40倍[实验原理]1．超导电性当物质的温度下降到某一确定值TC以下时，其直流电阻突然降到零，把这种在低温下发生的零电阻现象称为物质的超导电性，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叫做超导体的临界温度，或转变温度。

约束超导现象出现的因素不仅仅是温度。

实验表明，即使在临界温度下，如果改变流过超导体的直流电流，当电流强度超过某一临界值时，超导体的超导态将受到破坏。

如果对超导体施加磁场，当磁场强度达到某一临界值时，样品的超导态也会受到破坏。

破坏样品的超导电性所需的最小极限电流值和磁场值，分别称为临界电流IC 和临界磁场HC。

在实验中要注意，要使超导体处于超导态，必需将其置于这三个临界值以下。

超导体有许多特性，本实验只研究在电流、磁场及其他外部条件（如应力、辅照等）小于临界值的条件下，高温超导转变温度的测量问题。

2．测量原理采用常规的V—I四引线法，在恒定电流下测量R—T关系，测定转变温度。

在电阻测量中，采用四引线法可以减少引线和接触电阻的影响。

实验报告_高温超导材料临界转变温度的测定摘要
本实验旨在测量高温超导材料的临界转变温度，该材料属于第二类，采用微重量的上升温度法。

通过对磁性特征的测量，发现材料的临界温度为145K。

同时，实验表明，随着温度的升高，磁滞现象会逐渐消失，从而使材料达到超导态。

关键词：高温超导材料；临界转变温度；上升法；磁滞
1前言
高温超导材料的发现无疑是近代物理学史上一个重大突破。

它具有高抗拉强度、绝热性能高等特点，可能在大范围内应用。

因此，测量高温超导材料的临界转变温度十分重要。

2实验设备
实验设备包括：
（1）微重量上升温度仪
该仪器使用MTS装置，采用超密封技术，具有结构紧凑、操作简便、实时监控能力强等优点，用于测量微重量的上升温度。

（2）温度控制装置
该设备具有高精度、回差窄、可靠性高等优点，用于控制实验室的温度，以确保实验结果的准确性。

（3）样品温度传感器
使用温度传感器可以准确测量样品的温度变化，以确保实验结果的准确性。

（4）超导材料
采用超导材料，使该材料的磁性特征发生变化，从而测量出临界转变温度。

（5）磁性测量仪
通过磁性测量仪可以检测材料的磁性特征。