高TC超导体电阻—温度特性测量实验报告 演讲ppt 常州大学 近代物理实验
近 代 物 理 实 验 报 告 -高温超导
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
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。
高Tc超导体电阻 —温度特性的测量共26页文档
41、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —托·富 勒
谢谢！
45、法律的制定是为了保证每一个人 自由发 挥自己 的才能 ，而不 是为了 束缚他 的才能 。—— 罗伯斯 庇尔
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——Байду номын сангаас 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
大学物理实验报告--热敏电阻的电阻温度特性的研究(精)
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。
大物仿真实验报告 热敏电阻的温度特性
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。
高温超导
R |UA UB | 2I
(1)
2 超导体电阻－温度特性测量方法
（1）动态法 （2）稳态法
四、测量装置
电阻温度特性 测量仪
低温恒温器
温度计
图5 高温超导体电阻－温度 特性测量装置
五、实验内容与步骤
２．动态法测量中样品温度与温度计温度难以一致，应观察不同的升降温 速度对这种不一致的影响。
３．进行稳态法测量时可以选择样品在液面以上的合适高度作为温度的粗 调，而以电脑给定值作为温度的细调。
七、思考题
１．超导样品的电极为什么一定要制作成四端子连接法? 假定 每根引线的 电阻为０.１Ω，电极与样品间的接触电阻为０.２ Ω，数字电压表内阻为１０ＭΩ，试用等效电路分析当样品进 入超导态时，直接用万用表测量与采用图４所示的接法进行测 量有何不同? ２．设想一下，本实验适宜先做动态法测量还是稳态法测量? 为什么? 3. 本实验的动态法升降温过程获得的Ｒ-Ｔ曲线有哪些具体差 异。为什么会出现这些差异?
（一）动态法 1. 打开仪器和超导测量软件。 2. 仪器面板上“测量方式”选择“动态”，“样品电流换向方式”选择“自动”，将
《温度设定》逆时针旋到底。 3. 在计算机操作软件界面点击“数据采集”。 4. 调节“样品电流”至80mA。 5. 将探棒放入装有液氮的杜瓦瓶内，降温速率由探棒的位置决定。直至泡在液氮中。 6. 仪器自动采集数据，画出正反向电流所测电压随温度的变化曲线，最低温度到77K。 7. 点击“停止采集”，点击“保存数据”，给出文件名保存，降温方式测量结束。 8. 重新点击“数据采集”将探棒拿出杜瓦瓶，作升温测量，测出升温曲线。 9. 根据软件界面进行数据处理。
《高临界温度超导体临界温度的电阻测量法》报告
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。
实验报告模板
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。
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超导材料的应用
超导计算机
是利用超导技术生产的计算机及其部 件，其性能是目前电子计算机无法相 比的。超导计算机运算速度比现在的 电子计算机快100倍，而电能消耗仅 是电子计算机的千分之一，如果目前 一台大中型计算机，每小时耗电10千 瓦，那么，同样一台的超导计算机只
实验内容 二 动态法测量
（1）打开仪器和超导测量软件“HT288F”图标，进入工作程序。 （2）将“测量方式”置于“动态”，“样品电流换向方式”置于“自动”， 将“温度设定”旋钮逆时针旋到底。 （3）调节“样品电流”至80mA。 （4）在测量软件界面点击“数据采集”。 （5）将恒温器（俗称“探头”）放入装有液氮的杜瓦瓶内，降温速率由恒温 器所在的高度决定，直至浸在液氮中。 （6）此时仪器自动采集数据，并绘出正反向电流所测电压随温度的变化曲线， 最低温度到77K。 （7）点击“停止采集”和“保存数据”，给出文件名保存，此时降温方式测 量结束。 （8）重新点击“数据采集”，并从杜瓦瓶中取出恒温器，进行动态升温方式 下的测量。
美国计划利用超导技术打造出全新一代 计算机
需一节干电池就可以工作了。
高Tc超导体电阻—温度特性的测量实验
实验目的 实验器材 实验原理
实验内容
实验数据
实验目的
1.掌握到高 TC 超导体电阻——温度 特性的测量方法 2.学会用动态法和稳态法进行测温、 控温，数据采集、传输和处理
实验器材
HT288型高 TC 超导体电阻-温度特性测量仪，包括低温恒温器、不锈 钢杜瓦瓶、测温与控温仪器、数据采集、传输与处理系统以及微机 等。其中，低温恒温器包括四引线高 TC超导体样品铋锶钙铜氧、紫 铜均温块、铂电阻温度计、电加热器等器件。
高Tc超导体电阻—温度特性的测量
电科
超导材料的应用
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。
超导磁悬浮列车 是利用超导磁体使车体上浮，通
过周期性地变换磁极方向而获取
推进动力的列车。超导磁浮列车 除速度快之外，还具有无噪音、
无震动、省能源的特点，有望成
1 2 3 4 5.6 7.8.9 10 11 12 超导样品 半导体温度传感器 加热器 标准电阻 恒流源 高增益高精密测量放大器 比较器 温度设定器 PID控制器
13
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加热功率控制器
微处理器
HT288型高Tc超导体电阻一温度特性测量仪原理示意图
实验原理
上图所示的低温恒温器用导热性能良好的紫铜制成， 超导样品ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ铂温度传感器置于其上，并形成良好的热接触。 加热器主要用于稳态法测量。当低温恒温器处于液氮中或液 氮液面以上不同位置时，低温恒温器的温度将会发生变化。 随着温度的不断变化，被测样品的电特性也将发生相应的变 化。按典型的四端法连接的样品及温度传感器分别联接至各 自的恒流源和放大器，以减小测量误差。数据经数据采集、 处理传输系统送入电子计算机运算并在显示器上显示。 仪器内还安装有自动控温系统。它由放大器、温度设 定、PID控制器及加热功率控制器等部分组成。自动调整加 热功率，使温度平衡。
实验数据
实验数据
超导体电阻-温度特性
注意事项
1.使用液氮要格外小心,盛装液氮的容器应留有供 氮气逸出的逸出口，以防液氮汽化后容器压强逐渐增大而 引起爆炸。操作过程人体切勿接触液氮，以防止冻伤。 2.动态法测量时，热驰豫对测量的影响很大，它 对热电势的影响随升温速度变化以及相变点的出现可能产 生不同程度的变化。应善于利用实验条件、观察热电势的 影响。 3.动态法测量中样品温度与温度计温度难以一致， 应观察不同的升降温速度对这种不一致的影响。
实验原理
临界温度 TC 的定义 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。
实验原理
热电势与电阻测量算法
热电势产生的原因：样品中的温度梯度。 热点势的消除方法：电流换向法 电流换向法测得的电阻：
U A UB R 2I
实验原理
实验内容 一 准备工作
将液氮注入氮杜瓦瓶，再将装有测量样品的低温 恒温器浸入液氮，固定于支架上，电缆连接至HT288测 量仪“恒温器接口”端,再用通讯电缆将测量仪与计算
机串行口联接。
在硬盘上创建“HT288F”文件夹，然后将光盘上 名为“HT288F.EXE”文件直接复制粘贴到该文件夹， 发送快捷方式到桌面，完成安装。