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近代物理实验报告实验题目：高温超导材料的特性与表征作者：***时间：2015-09-17高温超导材料的特性与表征【摘要】本实验主要通过对高温超导材料Y-Ba-Cu-O特性的测量，理解超导体的两个基本特性，即完全导电性和完全抗磁性，了解超导磁悬浮的原理。
本实验利用液氮将高温超导材料Y-Ba-Cu-O降温，用铂电阻温度计测量温度，通过测量铂电阻的大小及查询铂电阻-温度对照表得出相应的温度，再电压表测得超导体电阻，即能得到超导体电阻温度曲线，测得该样品的超导转变温度约为93K；再通过超导磁悬浮实验验证了高温超导材料的磁特性，得到分别在零场冷却，有场冷却下的超导体的磁悬浮力与超导磁体间距的关系曲线。
【关键词】高温超导零电阻现象MEISSNER效应低温恒温器四引线法磁悬浮【引言】从1991年荷兰物理学家卡默林·翁纳斯（H.K.Onnes）发现低温超导体，超导科技发展大体经历了三个阶段：1911年到1957年BCS超导微观理论问世，是人类对超导电性的基本探索和认识阶段，核心是提出库珀电子对；第二阶段是从1958年到1985年是超导技术应用的准备阶段，成功研制强磁场超导材料，发现约瑟夫森效应；第三阶段是1986年发现高于30K的超导材料，进入超导技术开发时代。
超导研究领域的系列最新进展，为超导技术在更方面的应用开辟了十分广阔的前景。
超导电性的应用十分广泛，例如超导磁悬浮列车、超导重力仪、超导计算机、超导微波器件等，超导电性还可以用于计量标准，在991年1月1日开始生效的伏特和欧姆的新实验基准中，电压基准就是以超导电性为基础。
本实验目的是通过对氧化物高温超导材料的测量与演示、加深理解超导体两个基本特性；了解超导磁悬浮原理；了解金属和半导体的电阻随温度变化以及温差电效应；掌握低温物理实验的基本方法：低温的获得、控制和测量。
【正文】一、实验原理1.超导现象、临界参数及实用超导体（1）零电阻现象将物体冷却到某一临界温度Tc以下时电阻突然降为零的现象，称为超导体的零电阻现象。
探索超导体的电阻温度曲线测量实验引言：超导体是一种在极低温下经历零电阻状态的材料，它通过特殊的电荷载流机制实现了电性能的卓越性能。
超导体的电阻温度曲线测量是评估和研究其超导性质的重要方法之一。
本文将详细介绍这一实验的定律、实验准备、实验过程以及其应用和其他专业性角度。
一. 定律：超导性的基本定律是超导态的电阻为零，即在超导体内部当温度达到超导转变温度Tc之下时，材料的电阻将完全消失。
而在超导体的临界温度Tc以上，材料将恢复常规的电阻特性。
而电阻随温度的变化曲线由实验测定得到，即所谓的“电阻温度曲线”，通常表现为在Tc附近的一个明显的下降锐化区域。
二. 实验准备：1. 实验材料：超导体样品、电流源、电压表、温度控制装置等。
2. 实验环境：由于超导体的特殊要求，实验室应具备低温实验条件，如液氮或液氦冷却系统，确保实验材料能够在低温下工作。
3. 实验工具：用于感测电流和电压的仪器，如阻尼电阻仪、锁相放大器等。
三. 实验过程：1. 样品制备：选取合适的超导体材料，制备样品。
样品最好具有高Tc并且制备成规则的几何形状，以便于测量。
样品的尺寸和几何形状对实验结果有一定影响，因此需要进行精确控制。
2. 实验装置搭建：将超导体样品固定在试样台上，并保持其处于较低的温度下。
连接电流源和电压表，以便注入电流并测量电压响应。
3. 实验条件设定：以合适的电流注入超导体样品，从低温开始，逐渐升高温度直至超导性消失。
在整个温度范围内，记录相应的电流和电压值。
4. 数据采集与处理：实验过程中的电流和电压测量数据需要准确记录并进行后续处理。
通常使用计算机进行实时数据采集和分析。
四. 应用和其他专业性角度：1. 评估超导体材料：通过电阻温度曲线测量实验，可以评估不同超导体材料的超导性能。
记录得到的电阻温度曲线特征参数，如临界温度Tc、超导转变宽度等，有助于材料选择和性能评估。
2. 研究超导态与常规态之间的转变：电阻温度曲线可揭示超导态与常规态之间的转变过程。
实验六半导体热敏电阻特征的研究实验目的1．研究热敏电阻的温度特征。
2．进一步掌握惠斯通电桥的原理和应用。
实验仪器箱式惠斯通电桥，控温仪，热敏电阻，直流电稳压电源等。
实验原理半导体资料做成的热敏电阻是对温度变化表现出特别敏感的电阻元件，它能丈量出温度的细小变化，并且体积小，工作稳固，构造简单。
所以，它在测温技术、无线电技术、自动化和遥控等方面都有宽泛的应用。
半导体热敏电阻的基本特征是它的温度特征，而这类特征又是与半导体资料的导电体制亲密有关的。
因为半导体中的载流子数量随温度高升而按指数规律快速增添。
温度越高，载流子的数量越多，导电能力越强，电阻率也就越小。
所以热敏电阻跟着温度的高升，它的电阻将按指数规律快速减小。
实验表示，在必定温度范围内，半导体资料的电阻R T 和绝对温度 T 的关系可表示为 b T ae R = （4－6－1）此中常数 a 不单与半导体资料的性质并且与它的尺寸均有关系，而常数 b 仅与资料的性质有关。
常数 a 、b 可经过实验方法测得。
比如，在温度T 1 时测得其电阻为RT111b T ae R = （4－6－2）在温度 T 2 时测得其阻值为R T 222b T ae R = （4－6－3）将以上两式相除，消去 a 得11(2121T T b T T e R R -= 再取对数，有11(ln ln 2121T T R R b T T --=（4－6－4）把由此得出的 b 代入（ 4－6－2）或（ 4－ 6－ 3）式中，又可算出常数 a ，由这种方法确立的常数 a 和 b 偏差较大，为减少偏差，常利用多个T 和 R T 的组合测量值，经过作图的方法（或用回归法最好）来确立常数 a 、b ，为此取（ 4－ 6－1）式两边的对数。
变换成直线方程：Tb a R T +=ln ln （ 4－ 6－ 5）或写作 BX A Y += （4－6－6）式中 X b B a A R Y T , , ln , ln ==== ，而后取 X 、Y 分别为横、纵坐标，对不一样的温度 T 测得对应的R T 值，经过变换后作 X ～Y 曲线，它应该是一条截距为 A 、斜率为 B 的直线。
大学物理仿真实验报告热敏电阻得温度特性一、实验目得了解热敏电阻得电阻—温度特性及测温原理，学习惠斯通电桥得原理及使用方法，学习坐标变换、曲线改直得技巧。
二、实验所用仪器及使用方法直流单臂电桥、检流计、待测热敏电阻与温度计、调压器。
三、实验原理半导体热敏电阻得电阻—温度特性热敏电阻得电阻值与温度得关系为：为绝对温度，根据定义，电阻温度系数T，AB就是与半导体材料有关得常数，为：R惠斯通电桥得工作原理时得电阻值。
t就是在温度为t如图所示：就就是待测，四个电阻R0，R1，R2Rx组成一个四边形，即电桥得四个臂，其中Rx之间接入与电阻。
在四边形得一对对角AC之间连接电源，而在另一对对角B与D平衡时与D两点电位相等时，中无电流通过，电桥便达到了平衡。
GB检流计G。
当即可求出。
都已知，RxR0R0必有Rx = (R1/R2)·，(R1/R2)与电桥灵敏度得定义为：说明电桥灵敏度越高。
越大，ΔRx式中Δ指得就是在电桥平衡后Rx得微小改变量，n 实验仪器四、实验所测数据? 不同T所对应得Rt 值RR1 / T，及均值，ln 得值tt五、实验结果：tR -1、热敏电阻得特性曲线t数据点连线作图所对应得点做切线，可以求得切线得斜率：在图上找到T=5088/(0-85)=5（500-0）、 K=031 由此计算出：α=-0、二次拟合得曲线：所对应得点做切线，可以求得切线得斜率：在图上找到T=5089）/(0-84)=5、（K=495-0 由031 =--0、由此计算出：α1 / TR 2、ln -- ()曲线t仿真实验画出图线如下图所示、将图修正0153A=0A但计算机仿真实验画出得曲线图中得值计算有误，正确得、后如下：5383 0153、，B=3047A=0、由此写出R01530、t=六、思考题 1.如何提高电桥得灵敏度？答：电桥得灵敏度与电源电压，检流计得灵敏度成正比，因此提高电源电压，检2.流计得灵敏度能提高电桥灵敏度。
高临界温度超导体临界温度的电阻测量法引言人们在 1877 年液化了氧，获得—183℃的低温后就发展低温技术。
随后，氮、氢等气体相继液化成功。
1908 年，荷兰莱顿大学的卡麦林•昂纳斯教授成功地使氦气液化，达到了4.2K的低温，三年后他又发现，当水银冷却到４．15Ｋ时，其电阻急剧地下降到零。
他认为，这种电阻突然消失的现象，是由于物质转变到了一种新的状态，并将此以零电阻为特征的金属态，命名为超导态。
１９３３年迈斯纳和奥森菲尔德发现超导电性的另一特性：超导态时磁感应强度为零或叫完全抗磁性，称为迈斯纳效应。
电阻为零及完全抗磁性是超导体的两个最基本的特性。
超导体从具有一定电阻的正常态，转变为电阻为零的超导态时，所处的温度叫做临界温度，常用Ｔｃ表示。
直至１９８６年以前，人们经过７０多年的努力才获得了最高临界温度为２３Ｋ的Ｎｂ３Ｇｅ超导材料。
１９８６年４月，贝德诺兹和缪勒创造性地提出了在Ｂａ-Ｌａ-Ｃｕ-Ｏ系化合物中存在高Ｔｃ超导的可能性。
１９８７年初，中国科学院物理研究所赵忠贤等在这类氧化物中发现了Ｔｃ＝４８Ｋ的超导电性。
同年２月份，美籍华裔科学家朱经武在Ｙ-Ｂａ-Ｃｕ-Ｏ系中发现了Ｔｃ＝９０Ｋ的超导体。
这些发现使人们梦寐以求的高温超导体变成了现实的材料，可以说这是科学史上又一次重大突破。
在物理工作及材料探索工作的同时，应用方面也做了大量的工作，如超导量子干涉仪、超导磁铁等低温超导材料已商品化，而高温超导的发现，为超导应用带来了新的希望，而我国利用熔融织构法制备的Bi 系银包套高温超导线材也已商品化。
实验原理1．临界温度Ｔc的定义及其规定超导体具有零电阻效应，通常把外部条件（磁场、电流、应力等）维持在足够低值时电阻突然变为零的温度称为超导临界温度。
实验表明，超导材料发生正常→超导转变时，电阻的变化是在一定的温度间隔中发生，而不是突然变为零的，如图4．4-1所示。
起始温度Ｔｓ（ＯｎｓｅｔＰｏｉｎｔ）为Ｒ—Ｔ曲线开始偏离线性所对应的温度；中点温度Ｔm（m ｉｄＰｏｉｎｔ）为电阻下降至起始温度电阻Ｒｓ的一半时的温度；零电阻温度Ｔ为电阻降至零时的温度。
高温超导材料临界转变温度的测定一、实验目的1.通过对氧化物超导材料的临界温度T C 两种方法的测定，加深理解超导体的两个基本特性2.了解低温技术在实验中的应用3.了解几种低温温度计的性能及Si 二极管温度计的校正方法4.了解一种确定液氮液面位置的方法二、实验原理1.超导现象及临界参数 1)零电阻现象电阻率ρ与温度T 的关系：50AT ρρ=+。
式中，0ρ是0T K =时的电阻率，称剩余电阻率。
即使温度趋于绝对零度时，也总是存在0ρ。
超导材料包括金属元素、合金和化合物等。
发生超导转变的温度称为临界温度C T 。
用电阻法测定领结温度时，把降温过程中电阻率-温度曲线开始从直线偏离处的温度称起始转变温度，电阻率从10%0ρ到90%0ρ对应的温度间隔定义为转变宽度C T ∆，C T ∆的大小一般反映了材料品质的好坏，均匀单相的样品C T ∆较窄。
临界温度C T 定义为02ρρ=时对应的温度。
2)完全抗磁性当把超导体置于外加磁场中时，磁通不能穿透超导体，超导体内的磁感应强度始终保持为0，超导体的这个特性称为迈斯纳效应。
表示为M =-B /4π。
利用迈斯纳效应，测量电感线圈中的一个样品在降温时内部磁通被排出的情况，也可确定样品的超导临界温度，称电感法。
用电阻法测T C 较简单，只能测出其中能形成超导通路的临界温度最高的一个超导相的T C 。
用电感法测T C 则可以把不同的超导相同时测出。
3)临界磁场致使超导体有超导态变为正常态的磁场称为超导体的临界磁场C H ，通常把2H H =相应的磁场叫做临界磁场。
第Ⅰ类超导体，也称软导体。
其C H 与T 的关系：2(0)[1(/)]C C C H H T T =-；式中，(0)C H 是0T K =时的临界磁场。
当C T T 时，()C H T 的典型数值为100Gs 。
第Ⅱ类超导体，也称硬导体。
它存在两个临界磁场1C H 和2C H ，12C C H H H <<的状态为混合类，磁场进入超导体，但仍具有零电阻的特性。
实验高Tc超导材料电阻—温度特性测量【目的要求】1．了解超导体的最基本特性以及判定超导态的基本方法；2．掌握用测量超导体电阻——温度关系测定转变温度的方法；3．了解获得液氦温区温度的基本方法。
【仪器用具】高Tc超导材料电阻—温度特性试验仪。
【原理】超导电性发现于1911年，荷兰科学家翁纳斯（K.Onnes）在实现了氦（4He）气液化之后不久，利用液氦（Lhe）所能达到的极低温条件，指导其学生(GillesHolst)进行金属在低温下电阻率的研究，发现在温度稍低于4.2K时水银（Hg）的电阻率突然下降到一个很小值。
后来有人估计，电阻率的下限为3.6×10-23Ω.cm，而迄今正常金属的最低电阻率大约为10-13Ω.cm。
与此相比，可以认为汞进入了电阻完全消失的新状态—超导态。
我们定义超导体开始失去电阻时的温度为超导转变温度或超导临界温度，通常用T C 表示。
一些金属（如Pb,TC=7.2K）、金属（NbTi, TC=11K）、金属间化合物（如A15结构的Nb3Ge, TC=23.2K）等上千种材料具有超导电性。
超导现象发现以后，实验和理论研究以及应用都有很大发展，但是临界温度的提高一直很缓慢。
1986年以前，经过75年的努力，临界温度只达到23.2K，这一记录保持了差不多12年。
此外，在1986年以前，超导现象的研究和应用主要依赖于液氦作为致冷剂。
由于氦气昂贵、液化氦的设备复杂，条件苛刻，加上4.2K的液氦温度是接近于绝对零度的极低温区等因素都大大限制了超导的应用。
为此，探索高临界温度超导材料成为人们多年来梦寐以求的目标。
1983年，瑞士科学家缪勒（K.A.M. üller）开始从事氧化物超导体的探索性研究。
他和他的合作者柏诺兹（J.Bednorz）于1986年开始在Ba-La-Cu-O系统中作实验。
他们是基于双极化子导致超导电性的考虑着手实验研究的，尽管这种理论并未被认定，但在探索中确实揭示了一条新的线索。
高温超导材料特性和低温温度计实验报告学号：39051609 姓名：齐德轩日期：2011/4/15一、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.学习三种低温温度计的工作原理和使用以及进行比对的方法3.了解液氮使用和低温温度控制的简单方法二、实验原理1.超导体和超导电性（1）常用临界温度Tc，临界磁场Bc和临界电流Ic作为临界参量来表征材料的超导性能。
温度的升高、磁场或电流的增大，都可以使超导体从超导状态转变为正常态。
Bc和Ic都是温度的函数。
（2）迈斯纳效应不论有没有外加磁场，是样品从正常态转变为超导态，只要T<Tc，超导体内部的磁感应强度Bi总是等于零。
该效应表明超导体具有完全抗磁性。
（3）根据电阻率的变化和迈斯纳效应都可以用来确定超导体的临界温度。
本实验采用电阻法。
引进起始转变温度Tc，onset，零电阻温度Tc0和超导转变（中点）温度Tcm三个物理量，通常所说的超导转变温度Tc是指Tcm。
实验使用的超导体为钇钡铜氧化物高温超导体的超导样品转变温度落在液氮区。
2.低温温度计（1）金属电阻随温度的变化当金属纯度很高时，总电阻可以近似表达成R=Ri(T)+Rr在液氮温度以上Rr(T)>>Rr,R≈Ri(T)在液氮正常沸点到室温这一范围内，铂电阻温度计具有良好的线性电阻—温度关系。
可表示为R(T)=AT+B。
因此可以根据给出的铂电阻温度计在液氮正常沸点和冰点的电阻值，可确定所用的铂电阻温度计的A、B值，并由此对铂电阻温度计定标，得到不同电阻值所对应的温度值。
（2）温差电偶温度计当两种金属所做成的导线连成回路，并使其两个接触点维持在不同的温度下时，改闭合回路中就会有温度差电动势催在，如果将回路的一个接触点固定在一个已知的温度下，则可以由所测得的温差电动势确定回路的另一个接触点的温度。
三、仪器用具1．低温恒温器2. 不锈钢杜瓦容器和支架3. PZ158型直流数字电压表4. BW2型高温超导材料特性测试装置（电源盒）四、数据处理(1)原始数据处理(2)样品电阻-温度曲线由图中可以读出Tc≈92K(3)Si电压-温度曲线说明在此范围内Si电阻与温度成线性关系，图像的左半段缺失，误差分析见下(4)温差电偶-温度曲线此图右半段误差较大，误差分析见下。
高温超导材料的电阻特性研究报告摘要：本研究报告旨在对高温超导材料的电阻特性进行深入研究和分析。
通过实验测试和理论分析，我们探讨了高温超导材料的电阻机制、超导转变温度以及其与结构和组分的关系。
本研究为高温超导材料的应用提供了重要的理论基础和实验指导。
引言：高温超导材料是指在较高温度下（相对于低温超导材料）表现出超导特性的材料。
自1986年首次发现铜氧化物超导材料以来，高温超导材料的研究成为超导领域的热点。
其中，铜氧化物超导材料是最具代表性的一类，其超导转变温度高达数十开尔文，为超导应用提供了更大的潜力。
然而，高温超导材料的电阻特性仍然存在许多未解之谜，需要进一步研究和探索。
实验方法：本研究选取了几种常见的高温超导材料，包括铜氧化物超导材料和铁基超导材料。
通过电阻测量仪对样品进行电阻测试，并结合温度控制装置实现温度变化下的电阻测量。
同时，我们采用了X射线衍射仪、扫描电子显微镜等手段对样品的结构和组分进行表征。
结果与讨论：通过实验测试，我们观察到高温超导材料在超导转变温度以下表现出零电阻的特性。
这表明在超导转变温度以下，电流可以在材料中无阻碍地流动。
而在超导转变温度以上，材料的电阻呈现出非线性增加的趋势。
这表明在高温超导材料中存在着一定的电阻机制。
根据理论分析，高温超导材料的电阻机制可以归结为两个方面：一是晶格缺陷引起的杂质散射，二是电子之间的库伦相互作用。
晶格缺陷包括点缺陷和线缺陷，它们会导致电子在材料中的散射，从而增加电阻。
而库伦相互作用则是指电子之间的相互排斥和吸引作用，它们会影响电子的运动和排布，从而影响电阻的大小。
另外，高温超导材料的电阻特性还与其结构和组分密切相关。
例如，不同的晶格结构和化学组分会导致材料的电子能带结构发生变化，从而影响电子的传输行为和电阻特性。
因此，通过对高温超导材料的结构和组分进行深入研究，可以更好地理解其电阻特性的起因和机制。
结论：本研究对高温超导材料的电阻特性进行了深入的研究和分析。
近代物理实验报告—高温超导材料的特性与表征【摘要】本实验主要通过对YBaCuO高温超导材料特性的测量，理解超导体的两个基本特性，即完全导电性和完全抗磁性。
本实验利用液氮将高温超导材料YBaCuO降温，用铂电阻温度计测量温度，用电压表测得超导体电阻，得到超导体电阻温度曲线，测得该样品的超导转变温度为93.75K；再通过超导磁悬浮实验了高温超导材料的磁特性，得到分别在零场冷却，有场冷却下的超导体的磁悬浮力与超导体-磁体间距的关系曲线。
【关键词】高温超导、液氮、铂电阻、MEISSNER效应、磁悬浮一、引言1911年，昂纳斯首次发现在4.2K水银的电阻突然消失的超导电现象。
1933年，迈斯纳发现超导体内部的磁场是保持不变，而且为零，这个现象叫迈斯纳效应。
950，弗留里希首先给出了超导微观机制的一个重要线索。
他认为电子-晶格振动之间相互作用导致电子之间相互吸引时引起超导的原因。
1957年，巴丁、库柏和施里弗共同提出了超导电性的微观理论，称为BCS理论。
1972年他们三人共同获得了诺贝尔物理学奖。
自从发现超导电性以来，人们就努力探索提高超导转变临界温度的途径。
几十年来，物理学家发现除了汞、锡和铅以外，又发现铟、铊和镓也有超导特性，后来又发现了铌、钛、钍等金属具有超导特性。
世界上还有许多物理学家研究其他类型的超导体，诸如有机超导体、低电子密度超导体、超晶体超导体、非晶态超导体等等，其中金属氧化物超导体吸引了许多人的注意。
随着高温超导材料的发现，超导电性的应用也愈加广泛。
例如超导磁悬浮列车、超导重力仪、超导计算机等。
本实验通过对氧化物高温超导材料特性的测量和演示，加深理解超导体的两个基本特性。
并了解金属和半导体的电阻随温度的变化以及温差电效应、掌握超导磁悬浮原理和液氮低温技术。
二、实验原理1、超导现象及临界参数（1）零电阻现象1911年，卡麦林发现，当温度低于液氮的正常沸点时，水银线的电阻突然跌落到零，这就是零电阻现象。
