下载文档原格式
实验8—3超导材料的电阻－温度特性测量引言人们在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•翁纳斯（Kamerlingh Onnes）成功地使氦气液化，达到了4.2K的低温，三年后即在1911年翁纳斯发现，将水银冷却到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（Meissner）和奥森菲尔德（Ochsenfeld）发现超导电性的另一特性：超导态时磁通密度为零或叫完全抗磁性，即Meissner效应。
电阻为零及完全抗磁性是超导电性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T C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（Bednorz）和缪勒（Müller）创造性地提出了在La-Ba-Cu-O系化合物中存在高T C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T C＝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T C＝90K的超导电性。
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的突破。
其后，在1988年1月，日本科学家Hirashi Maeda报导研制出临界温度为106K的Bi-Sr-Ca-Cu-O系新型高温超导体。
同年2月，美国阿肯萨斯大学的Allen Hermann和Z. Z. Sheng等发现了临界温度为106K的Tl-Ba-Ca-Cu-O系超导体。
一个月后，IBM的Almaden又将这种体系超导体的临界温度提高到了125K。
1989年5月，中国科技大学的刘宏宝等通过用Pb和Sb对Bi的部分取代，使Bi-Sr-Ca-Cu-O系超导材料的临界温度提高到了130K。
高温超导材料特性测试和低温温度计自1911年荷兰物理学家翁纳斯发现超导现象以后，人们一直在为提高超导临界温度而努力，直到1986年，才有了极大的进展，现在，临界温度已提高到130K 左右。
目前，块状超导体、高温超导导线、大面积超导薄膜等超导材料在磁悬浮输运、强电、弱电等工程领域上的应用已完成了前期实验阶段，现已投入工程开发中。
专家预测，二十年内超导技术将在通讯、交通、军事、电力等领域得到应用。
历史上已有八位科学家因为超导研究方面的成就而荣获诺贝尔物理学奖，可见超导研究的重要性，它是物理学的前沿课题。
本实验的内容是低温的获得和控制、各类温度传感器和液面计的特性应用、电阻的四引线测量法、乱真电动势的判定等。
【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. 了解铂电阻和半导体pn 结的正向电压及温差电偶的电动势随温度的变化情况。
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。
【原理】通常把物体在一定温度下电阻突然跌落到零的现象，称为零电阻现象或超导现象，而把电阻突然变为零的温度称为临界温度，用T C 表示。
利用本实验装置，可用逐点测量的方法得到高温超导体的电阻转变曲线，并可用标准的方法判断零电阻现象是否实现。
除了零电阻现象之外，超导体还具有另一个基本的特征——迈斯纳效应（完全抗磁性），即不论在有或没有外加磁场的情况下，使样品从正常态转变为超导态，只要T <T C ，在超导体内部的磁感应强度总是等于零的。
1. 高临界温度超导特性当超导体温度降到某一温度（T ）时，其电阻为零。
本实验中，所用的YBaCuO 样品的零电阻温度大约为90K 左右。
2. 电测量设备及测量原理本实验测量设备主要由铂电阻、硅二极管和超导样品三个电阻测量电路构成，每一电路均包含恒流源、标准电阻、待测电阻、数字电压表和转换开关等五个主要部件。
实验中测量样品电压等采用四引线测量法，其基本原理是：恒流源通过两根电流引线将待测电流I 提供给待测样品，而数字电压表则是通过两根电压引线测量样品上电压U 。
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。
物理实验研究性报告高温超导材料特性测试和低温温度计度Tc指Tcm 。
2 .低温温度计.(1) 金属电阻随温度的变化.作为低温物理实验基本工具的各种电阻温度计, 研究基础上的。
不同类型材料电阻随温度变化性质不同。
合金中，电阻主要由杂质散射引起，因此电子平均自由程对温度变化很不敏感，如锰铜的电阻随温度的变化就很小，实验用标准电阻和电加热器就是用锰铜线绕制而成。
纯金属中，总电阻可近似表达成：R = Ri (T ) +Rr ,其中，Ri为电子运动受到晶格散射出现的电阻，Rr为几乎完全由杂质散射造成的剩余电阻，它近似与温度无关。
半导体则具有与金属完全不同的电阻温度关系，在大部分温区中具有负的电阻温度系数。
在液氮正常沸点到室温范围内，铂电阻温是建立在对各种类型材料的电阻-温度关系高温超导材料特性测试和低温温度计一.实验摘要：M氐温恒温器获得从液氮沸点到室温的任意温度，在此条件下，测量高温超导材料电阻，确定其起始转变温度和零电阻温度，并观察记录铂电阻温度计、硅二极管温度计及铜-康铜温差电偶温度计测温参量的变化，进行温度计的比对。
超导体在超导状态具有零电阻现象和完全抗磁性，具有辉煌的应用前景。
一般达到超导状态需要很低的温度，最低为4.15K，大大约束了超导材料的实际应用。
从1911年发现超导现象至今，人们一直为提高超导材料的临界温度而努力。
本实验在液氮沸点到室温范围内测量超导材料电阻特性，相对而言为高温超导，并对各种温度计进行比对，为在不同温区选择合适温度计提供依据。
二.实验原理1.超导体和超导电性.1911年，卡麦林？翁纳斯用液氦冷却水银线并通以几毫安电流，在测量其端电压时发现，当温度稍低于液氦的正常沸点时，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。
引进起始转变温度Tc, on set、零电阻温度Tc0和超导转变(中点)温度Tcm来描写高温超导体的特性，如图1所示。
