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1、1深 圳 大 学 实 验 报 告课程名称： 大学近代物理实验 实验名称： 学院： 专业： 班级： 组号： 指导教师： 报告人： 学号： 实验地点 实验时间： 年 月 日 星期 实验报告提交时间： 2一、实验目的1、 了解超导体的基本特性。2、 掌握磁浮力的测量方法。二、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（
2、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。自从荷兰科学家海伊克凯米林昂纳斯于 19ll 年首次发现超导现象以来， 科学家们对低温超导体和高温超导体的研究已取得了辉煌的成就。超导体主要有 两个基本特性，即：零电阻性或完全导电性；完全抗磁性。因此，它在科研、生产的各个领域都有着广泛的应用。总体来说可分为两大类：一类是用于强电， 用超导体制成大尺度的超导器件，如超导磁铁、电机、电缆等，用于发电、输电、贮能和交通
3、运输等方面。另一类是用于弱电，用超导体制成小尺度的器件，如超 导量子干涉器件（简称 SQVID）和制成计算机的逻辑元件，用于精密仪器仪表、 计算机等方面。3三、实验仪器：本测量仪包括用于支撑、固定各功能部件的机架、置放被测超导样品的低温容器、测量用磁体、垂直移动机构、力与位移的测量元件和控制与显示信号源四、实验内容和步骤：.1）零场冷实验步骤1、打开测试仪电源开关，预热 5 分钟。2、用螺丝将样品固定在试样架中心；3、按 K3 键使压力数值归零；4、顺时针摇动手柄使磁体下行至样品附近，调整磁体位置使其与样品对中，至压力显示在1020 牛顿之间，然后按 K7 键将位移清零。5、 逆时针摇动手柄使
4、磁体上行至 35mm 以上；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。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 键进行压力清零。7、执行 c:cdjcccdjc.exe 运行测试软件。出现如下界面8、选择参数设定，进入下面的界面。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。49、填写样品编号、尺寸、冷却方式和磁铁尺寸及表面磁场，数据是否存盘、采样周期（100ms）等。10、点击工具栏的压力-位移测试图。进入以下界面。11、 填写最大压力、最小压力和位移量程和纵坐标位置以确定坐标轴。12
5、、点击 “开始绘图”框选择绘制曲线，数据被记录在数据库中，然后顺时针摇动手柄使磁体下行接近超导样品，接触后逆时针摇动手柄使磁体上行至 35mm 以上，点击“ 停止绘图”。根据需要，可点击右下角的“存贮”，将测试图存盘。如果用记录仪或绘图仪绘制测试曲线，则在测试前连接好测量仪与记录仪。测试仪后面板上的信号输出接口用于连接记录仪或绘图仪，其中 1（绿线，位移负） 、2（红线，位移正） ，3（蓝线，压力负） 、4（黄线，压力正） 。后面板旋钮为电位补偿，可以将输出电压调整在记录仪量程范围内。13、点击工具栏中的“数据库”，可将数据库另外起名保存，并清空测试数据库。默认的数据库存贮格式为“EXCEL”
6、 格式。14、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（转变为正常态） ，使冻结在样品中的磁场退掉。注意，直接用水冲或热风吹快速升温会使样品产生裂纹，导致性能明显下降。15、 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。2）场冷实验步骤1、打开测试仪电源开关，预热 5 分钟。2、用螺丝将样品固定在试样架中心；3、按 K3 键使压力数值归零；4、顺时针摇动手柄使磁体下行至样品附近，调整磁体位置使其与样品对中，至压力显示在1020 牛顿之间，然后按 K7 键将位移清零。5、 逆时针摇动手柄使磁体上行至 1 10mm 之间任意
7、位置。6、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（尽量避免磁体浸泡在液氮中） ，再次按 K3 键进行压力清零。7、执行 c:cdjcccdjc.exe 运行测试软件。出现如下界面58、选择参数设定，进入下面的界面。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。9、填写样品编号、尺寸、冷却方式和磁铁尺寸及表面磁场，数据是否存盘、采样周期（100ms）等。10、 点击工具栏的压力-位移测试图。进入以下界面。11、填写最大压力、最小压力和位移量程和纵坐标位置以确定坐标轴。12、点击 “开始绘图”框选择绘制曲线，顺时针摇动手柄使磁体下行或逆时针摇动手
8、柄使磁体上行（只测吸引力） ，数据被记录在数据库中。测试过程完成后，点击“停止绘图”。根据需要，可点击右下角的“存贮” ，将测试图存盘。如果用记录仪或绘图仪绘制测试曲线，则在测试前连接好测量仪与记录仪。测试仪后面板上的信号输出接口用于连接记录仪或绘图仪，其中1 为绿线，位移负；2 为红线，位移正；3 为蓝线，压力负；4 为黄线，压力正。后面板旋钮为电位补偿，可以将输出电压调整在记录仪量程范围内。13、点击工具栏中的“数据库”，可将数据库另外起名保存，并清空测试数据库。默认的数据库存贮格式为“EXCEL” 格式。14、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
9、温至 90 K 以上（转变为正常态） ，使冻结在样品中的磁场退掉。注意，直接用水冲或热风吹快速升温会使样品产生裂纹，导致性能明显下降。15、 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。6五、数据处理图一、零场冷实验曲线图二、场冷曲线六、实验总结得到闭合曲线是因为在最高和最低点穿过超导体的磁通量一样大，产生的力也就一样大。而上下行曲率不相同是因为在超导体内存在磁滞，下行的曲率更大点。而场冷和零场而言，场冷磁悬浮效果较为明显，这可能与场冷条件下磁力线在超导体内分布不同造成。超导技术及其应用超导电性和抗磁性是超导体的两个重要特性。使超导体电阻为零的温度，叫超导临界温度。7指导教师批
10、阅意见：因为在从上下降到贴近样品和再从下上升到最高点时，分别在最高和最低点穿过超导体的磁通线都一样，所以收到的力的大小都一样，并由图中曲线可看出，力的大小跟超导体与磁场的距离成指数关系，但由于在超导体内存在磁滞，所以上行和下行的曲率不同，但最高点和最低点的大小都一样，所以曲线成闭合曲线。对场冷和零场冷的图像相比较，场冷产生的力比零场冷的力大，磁悬浮的效果比较明显，这是因为场冷比零场冷对超导体锁磁效果好，除了冷却的过程的差异之外,零场冷和场冷所引发的效果也不一样.场冷状态下冷却的超导体,磁力线分布於超导体内的对称性与均匀性比较好;因而,它的磁锁定效果,磁浮和悬浮稳定性都比较好.由於在冷却前,已有
11、外加的磁场介入,磁力线在超导现象未产生时,就已经穿透到超导体内了;即使在降到临界温度以下 ,产生超导现象时,穿透的磁力线会被均匀的钉扎在超导体内的一些特殊的微结构中,此时锁磁效果较佳.零场冷的锁磁效果较差,因为在冷却前没有外加的磁场介入,高温超导体内没有钉扎的磁力线.在超导态时,把磁场强加压迫进去,因为超导体有反磁力,磁场难以进入超导体内,只有少数磁束会被超导体内特殊的微结构钉扎住,所以在磁场进入超导体内的过程中,必定不会像场冷过程般的稳定,均匀,磁束能否顺利的被钉扎住,与两个因素有关,包括超导体与磁铁距离的大小,还有超导体内特殊的微结构分布.因此,一般而言,场冷过程的磁浮状况都会比零场冷过程来的效果较佳。成绩评定：预习（20 分） 操作及记录 （40 分）数据处理20 分结果与讨论10 分思考题10 分 总分1、报告内的项目或内容设置，可根据实际情况加以调整和补充。
