010超导材料磁浮力

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实验10超导材料磁浮力
【主题词】磁浮力、零场冷、场冷。

【实验目的】
1、了解超导材料磁浮力的基本知识;
2、掌握超导材料磁浮力测量的基本原理及方法;
3、测量零场冷、场冷条件下产生的超导材料磁浮力;
【实验原理】
完全抗磁性和零电阻效应一样是超导材料的主要特征之一。

当一个超导体处于外磁场中时,由于抗磁性和磁通钉扎效应的作用,在超导体内部将感应出屏蔽电流,又由于零电阻效应所致,屏蔽电流几乎不随时间衰减。

在超导体内持续流动的屏蔽电流产生的磁场与外磁场发生相互作用,从而产生超导磁悬浮现象。

以超导磁悬浮现象为基础的超导磁悬浮技术在能源(飞轮储能)、交通(磁浮车)、机械工业(无摩擦轴承)等诸多领域具有潜在的应用价值。

磁浮力是超导材料在磁悬浮技术上应用的重要参数。

磁浮力随悬浮间隙的变化一方面取决于超导材料自身的性质,另一方面取决于磁场的强度和分布以及温度等测量条件。

【实验仪器】超导材料磁浮力测量仪
【实验内容与步骤】
1、零场冷实验过程
(1)用连接线将测试架与测试仪连接。

(2)打开测试仪的电源开关,预热5分钟。

按K3键使压力数值归零。

(3)用螺丝将样品固定在试样架中心(卡住即可,不必使劲拧,以免损坏样品)。

(4)顺时针转动手柄,使磁体向下移动至磁体与样品接触,调整磁体位置使其与样品对中,按测试仪的K7键将位移数值归零。

(5)逆时针转动手柄,使磁体远离样品,上移至大于40 mm的位置。

(6)向低温容器中注入液氮,使样品在没有外磁场作用的条件下冷却至液氮温度(零场冷)。

保持液氮面略高于样品上表面(测试过程中因液氮蒸发液
面下降时,可随时添加液氮)。

再次按K3键清零。

(7)按一定步长(转动手柄1圈,移动1.5mm)顺时针转动手柄,向下移动磁
体,在每一点停留相同时间,同时从测试仪上分别读取距离和力的数据。

由于超导体内存在磁通流动和磁通蠕动,力的数值会随时间衰减,为尽量减少测量误差,建议在第一时间读取距离与力的数值。

(8)在磁体距样品约2~3mm处取值后,反向移动磁体,用同样的方法记录力与距离的数值。

(9)用力与距离的对应关系做图,得到该样品零场冷条件下磁浮力与悬浮间隙的曲线。

(10)重复测量时必须等待液氮完全蒸发(或松螺丝将样品从样品架上取出),使样品整体升温至90 K以上(超导样品转变为正常态),使冻结在样品中的磁场退掉。

(11)实验结束后关闭测试仪电源,并将样品取出擦干后保存在干燥皿中,避免水和CO2可能对样品造成的破坏。

2、场冷实验过程
(1)预备过程同零场冷步骤1-3。

(2)逆时针摇动手柄,使磁体上移至距样品1 ~ 10mm之间的任意位置,向低温容器中注入液氮,使样品在有外磁场作用的条件下冷却至液氮温度(场冷)。

(3)按一定步长逆时针转动手柄,向上移动磁体,并在每一点停留相同时间,同时从测试仪上读取距离和力的数据。

(4)其它步骤同零场冷8-10步。

3、计算机数据采集
联机方法:将测试仪后面板的九针接口与计算机串口连接。

软件使用方法:将光盘中“cdjcc”目录直接拷贝到c盘根目录下。

执行c:\cdjcc\cdjc.exe运行测试软件。

按测试仪面板上K2键联机。

此时可以在计算机屏幕上看到压力与位移数值。

选择参数设定,进入下面的界面。

如果测量压力随位移的变化,点击下面相应的“绘图”框选择绘制曲线。

填写采样周期(≥100ms)。

然后点击工具栏的位移-压力测试图,进入下面的界面。

填写样品编号、尺寸、冷却方式和磁铁尺寸及表面磁场,调整最大压力(一般为90)、最小压力(一般为-10)和位移量称(≤60)等,然后点击“清屏”,确定绘图的坐标轴。

返回上一界面(参数设定),点击“开始采样”。

转动手柄,使磁体下移,同时点击“存贮”,开始采样并绘图。

此时屏幕上显示当前压力及位移值。

如点击工具栏的“位移-压力测试图”,则屏幕显示压力-位移曲线,同时数
湖南人文科技学院物理与信息工程系物理实验室
值也会被记录在数据库中。

当磁体下移至预定位置后,反向转动手柄上移磁铁至起点位置。

然后点击右下角的“存贮”,将测试图存盘。

测量后,点击工具栏中的“数据库”,将数据库另外起名保存,并清空测试数据库。

默认的数据库格式为access 格式,也可以点击右上方“EXCEL ”,将数据库存为该格式。

采用类似的方法可以测试压力-时间关系,以了解力的数值会随时间衰减的关系。

【注意事项】
1、置于稳定的平台上,周围环境应无振动和热辐射。

2、加注液氮时要当心,避免低温液体对皮肤的伤害,禁止戴棉布或线手套操作。

3、实验结束后务必将样品取出擦干并放置在干燥皿中保存。

【思考题】
1、场冷与零场冷有什么区别?
2、零场冷对临界温度有影响不?
实验项目编号:10 主编人:刘长青 修改人:李强
2009-4-20。