高温超导 实验报告
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实 验 报 告
姓 名：张伟楠班 级：F*******学 号：*******108实验成绩：
同组姓名：周元剑实验日期：2008.10.13指导老师：助教17批阅日期：
高温超导材料特性测量
实验目的
1了解高。临界温度超导材料的基本电特性和测量方法。
2了解低温下半导体 结的伏安特性与温度的关系。
3了解低温实验的测量方法。
A1.198940.00313
B-0.002351.71294E-5
------------------------------------------------------------
RSDNP
------------------------------------------------------------
0.762
0.806
0.824
0.865
0.882
6
55.0
55.1
55.2
55.3
55.4
7
0.692
0.714
0.763
0.783
0.829
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62.0
62.0
62.1
62.2
62.2
8
0.638
0.660
0.713
0.734
0.785
8
69.1
69.5
69.8
70.1
70.3
9
0.590
0.615
高温超导体样品超导特性的测量采用如图1所示的四端接法，外两根导线为电流端，连接恒流电源.内两根导线为电压端，连接内阻非常高的电压表.这样可以避免引线电阻和接触电阻带来的测量误差．
3 结伏安特性与温度的关系
在半导体理论中可导出 结的电压 和电流密度 关系
其中常数 ， 是比例因子， ， 是禁带宽度， 称能隙电压。
Y = A + B * X
ParameterValueError
------------------------------------------------------------
A1.197040.00227
B-0.002731.24732E-5
------------------------------------------------------------
实验原理
1高温超导
在低温测量时，为了减少漏热，样品的测量引线又细又长，引线的电阻与样品的电阻相比不可忽略，对超导样品来说，引线的电阻要大很多。为了减小引线电阻和接触电阻对测量带来的影响，通常采用四线测量法。
四线测量法的方法如图1所示，外两根导线为电流端，可以流过较大的测量电流，一般采用恒流源共电。电流的大小可用标准电阻的电压算出。内两根导线为电压端，引线中流过的电流极小，这样就可以避免引线电阻和接触电阻带来的测量误差。
178.88
8
0.638
0.660
0.713
0.734
0.785
8
195.88
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214.10
214.59
10
0.540
0.567
0.630
0.656
0.717
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90.0
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90.0
90.0
90.0
12
0.440
0.470
0.539
4热电偶
1821年塞贝克发现由两种不同金属组成的封闭回路，当两个接点的温度不同时，电路中会出现电动势，这个现象称为塞贝克效应。其产生的电动势称为热电势或温差电势。热电偶温度计的基本原理就是物理中的塞贝克效应。
图2热电偶
热电偶基本结构如图2所示。它由两种金属导线A、B组成，导线A的一端与导线B的一端焊接，形成热电偶的工作端，用它与被测物体保持热接触，焊点的温度为T1。用来连接测量仪表的两根导线C是同样的材料，与热电偶的自由端连接，自由端的温度T2稳定不变，所以又称为参考端。参考温度可以是水的三相点（273.16K），液氮（LN）的沸点（77.35K），或液氦（ ）的沸点（4.2K）等。如果热电偶工作端与参考端的温度不等，则有温差电动势产生。温差电势的大小只与工作端与参考端的温差及电极材料有关，与电极的长度，直径无关。
-0.999930.002311<0.0001
------------------------------------------------------------
[2008-10-13 20:35 "/Graph2" (2454752)]
Linear Regression for Data1_G:
------------------------------------------------------------
RSDNP
------------------------------------------------------------
-0.99980.0032411<0.0001
------------------------------------------------------------
在液氮温度以上时， ，因此有 。例如，铂的德拜温度为225 K，在63 K到室温的范围内，其电阻近似地正比于温度T。但精密的测量会发现它们偏离线性关系。
在液氮正常沸点温度到室温的范围内，铂电阻温度计具有良好的线性电阻温度关系，可表示为
式中A，B是不随温度变化的常数。
铂的性能稳定，电阻的温度系数较高，不易氧化，线性好，复现性好，常被用作温度的精密测量，其测量范围的低温端可达13.81 K。
RSDNP
------------------------------------------------------------
-0.999910.0025611<0.0001
------------------------------------------------------------
[2008-10-13 20:35 "/Graph3" (2454752)]
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247.35
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0.638
12
265.82
265.82
266.06
266.06
266.06
做出电压与温度的关系图如下：
在这里，我们用铂电阻作为测量温度的指示。
数据处理
PN节电压及Pt100电压的数据表如下：
UPN(V)
Pt(mV)
序号
5
50
序号
5
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1
0.976
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20.6
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2
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0.972
0.996
2
27.5
27.8
27.9
说明：其中每组的第6个数据点的测量有较大的误差，所以在图中删去。
ORIGIN直线拟合结果如下：
[2008-10-13 20:34 "/Graph1" (2454752)]
Linear Regression for Data1_F:
Y = A + B * X
ParameterValueError
------------------------------------------------------------
Linear Regression for Data1_I:
Y = A + B * X
ParameterValueError
------------------------------------------------------------
A1.198150.00288
B-0.002351.58019E-5
对上式两边取对数，整理后得到
在正常情况下， ，可见
即V将随着T的升高而减小，在流过电流不变的情况下，近似一条直线．图4给出了PN结在不同电流下两端电压与温度的关系，从图中可看出：当电流不同时，曲线的斜率也不同，若外延到 ，它们相交与一点，对应的电压就是Vg．由图可知，二极管PN结能在很宽的范围内测量温度，但由于制造工艺关系，其一致性不是很好，斜率不能唯一确定．
0.568
0.638
12
97.5
97.5
97.6
97.6
97.6
将Pt100电压换算成温度之后的数据表如下：
UPN(V)
T( )
序号
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50
序号
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1
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1.007
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2
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0.937
0.962
0.972
0.996
5金属电阻
不同的材料，电阻率随温度的变化有很大的差别，它反映了物质的内部属性，是研究物质性质的基本方法之一。当温度高于绝对温度时，在金属中，电子的定向运动受到晶格的散射而呈现出电阻。研究表明，当（T/）>0.5时，金属的电阻正比于温度T，其中是德拜温度。
上述结论是对纯金属而言，而实际上金属存在杂质、缺陷、位错等，它们会对金属造成附加电阻，这部分电阻近似地与温度无关。在金属的纯度很高时，金属的总电阻率可表示为
2
93.42
94.16
94.41
94.65
95.39
3
0.882
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0.790
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6
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7
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0.714
0.763
0.783
0.829
7
178.39
178.39
178.63
178.88
2高温超导材料电性
转变温度并不是只由温度决定，只有保持在外磁场、流经电流和应力等值足够低时，超导样品的转变温度被称为超导临界转变温度 ．由于一般上述条件不能完全满足（比如地磁场），而且超导转变往往有一个区域，因此引入起始转变温度 ，零电阻温度 ，和中点转变温度 来表示，一般所说的转变温度 指的是 ．
A1.195080.00204
B-0.002841.11945E-5
------------------------------------------------------------
RSDNP
------------------------------------------------------------
[2008-10-13 20:36 "/Graph4" (2454752)]
Linear Regression for Data1_I:
Y = A + B * X
ParameterValueError
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28.0
28.3
3
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0.894
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0.862
0.899
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48.0
48.1
48.2
48.3
48.5
6
图一四端接线法
在直流低电压测量中，如何判断和修正乱真电势带来的影响是十分重要的。实际上，由于材料的不均匀性和温差，就有温差电势的存在。通常称为乱真电势或寄生电势。我们只要用一段短的导线把数字电压表短接，用手靠近其中一个接线端来改变温度，我们就会看到数字电压表读数的变化。在低温实验中，待测样品和传感器处在低温中，而测量仪表处在室温中，因此它们的连接线处在温差很大的环境里，并且沿导线的温度分布还会随着低温液体液面的降低、低温容器的移动等变化而变化。所以在涉及直流低电压测量的实验中，判定和消除乱真电势的影响是实验中一个十分重要的步骤。
热电偶制作简单，测温端体积小、热容小、响应快，故得到广泛应用。但灵敏度不够高，一般不用于作高精度测量。在液氮至室温温区常用铜-铜镍热电偶，在液氦温度至室温温区可使用镍铬－金铁热电偶。
铜-铜镍热电偶被人们广泛用来测量77K至273K的温度。这种热电偶材料容易做得均匀，且热电势稳定，有良好的复现性，在一般的实验室条件下即可制作。本实验就用铜-铜镍热电偶产生热电势，通过查表法求得温度（实验室提供）
姓 名：张伟楠班 级：F*******学 号：*******108实验成绩：
同组姓名：周元剑实验日期：2008.10.13指导老师：助教17批阅日期：
高温超导材料特性测量
实验目的
1了解高。临界温度超导材料的基本电特性和测量方法。
2了解低温下半导体 结的伏安特性与温度的关系。
3了解低温实验的测量方法。
A1.198940.00313
B-0.002351.71294E-5
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70.1
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高温超导体样品超导特性的测量采用如图1所示的四端接法，外两根导线为电流端，连接恒流电源.内两根导线为电压端，连接内阻非常高的电压表.这样可以避免引线电阻和接触电阻带来的测量误差．
3 结伏安特性与温度的关系
在半导体理论中可导出 结的电压 和电流密度 关系
其中常数 ， 是比例因子， ， 是禁带宽度， 称能隙电压。
Y = A + B * X
ParameterValueError
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A1.197040.00227
B-0.002731.24732E-5
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实验原理
1高温超导
在低温测量时，为了减少漏热，样品的测量引线又细又长，引线的电阻与样品的电阻相比不可忽略，对超导样品来说，引线的电阻要大很多。为了减小引线电阻和接触电阻对测量带来的影响，通常采用四线测量法。
四线测量法的方法如图1所示，外两根导线为电流端，可以流过较大的测量电流，一般采用恒流源共电。电流的大小可用标准电阻的电压算出。内两根导线为电压端，引线中流过的电流极小，这样就可以避免引线电阻和接触电阻带来的测量误差。
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11
0.493
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11
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4热电偶
1821年塞贝克发现由两种不同金属组成的封闭回路，当两个接点的温度不同时，电路中会出现电动势，这个现象称为塞贝克效应。其产生的电动势称为热电势或温差电势。热电偶温度计的基本原理就是物理中的塞贝克效应。
图2热电偶
热电偶基本结构如图2所示。它由两种金属导线A、B组成，导线A的一端与导线B的一端焊接，形成热电偶的工作端，用它与被测物体保持热接触，焊点的温度为T1。用来连接测量仪表的两根导线C是同样的材料，与热电偶的自由端连接，自由端的温度T2稳定不变，所以又称为参考端。参考温度可以是水的三相点（273.16K），液氮（LN）的沸点（77.35K），或液氦（ ）的沸点（4.2K）等。如果热电偶工作端与参考端的温度不等，则有温差电动势产生。温差电势的大小只与工作端与参考端的温差及电极材料有关，与电极的长度，直径无关。
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[2008-10-13 20:35 "/Graph2" (2454752)]
Linear Regression for Data1_G:
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RSDNP
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在液氮温度以上时， ，因此有 。例如，铂的德拜温度为225 K，在63 K到室温的范围内，其电阻近似地正比于温度T。但精密的测量会发现它们偏离线性关系。
在液氮正常沸点温度到室温的范围内，铂电阻温度计具有良好的线性电阻温度关系，可表示为
式中A，B是不随温度变化的常数。
铂的性能稳定，电阻的温度系数较高，不易氧化，线性好，复现性好，常被用作温度的精密测量，其测量范围的低温端可达13.81 K。
RSDNP
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[2008-10-13 20:35 "/Graph3" (2454752)]
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247.35
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266.06
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做出电压与温度的关系图如下：
在这里，我们用铂电阻作为测量温度的指示。
数据处理
PN节电压及Pt100电压的数据表如下：
UPN(V)
Pt(mV)
序号
5
50
序号
5
50
1
0.976
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1.007
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0.937
0.962
0.972
0.996
2
27.5
27.8
27.9
说明：其中每组的第6个数据点的测量有较大的误差，所以在图中删去。
ORIGIN直线拟合结果如下：
[2008-10-13 20:34 "/Graph1" (2454752)]
Linear Regression for Data1_F:
Y = A + B * X
ParameterValueError
------------------------------------------------------------
Linear Regression for Data1_I:
Y = A + B * X
ParameterValueError
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A1.198150.00288
B-0.002351.58019E-5
对上式两边取对数，整理后得到
在正常情况下， ，可见
即V将随着T的升高而减小，在流过电流不变的情况下，近似一条直线．图4给出了PN结在不同电流下两端电压与温度的关系，从图中可看出：当电流不同时，曲线的斜率也不同，若外延到 ，它们相交与一点，对应的电压就是Vg．由图可知，二极管PN结能在很宽的范围内测量温度，但由于制造工艺关系，其一致性不是很好，斜率不能唯一确定．
0.568
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97.6
97.6
将Pt100电压换算成温度之后的数据表如下：
UPN(V)
T( )
序号
5
50
序号
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76.43
76.43
76.43
76.43
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5金属电阻
不同的材料，电阻率随温度的变化有很大的差别，它反映了物质的内部属性，是研究物质性质的基本方法之一。当温度高于绝对温度时，在金属中，电子的定向运动受到晶格的散射而呈现出电阻。研究表明，当（T/）>0.5时，金属的电阻正比于温度T，其中是德拜温度。
上述结论是对纯金属而言，而实际上金属存在杂质、缺陷、位错等，它们会对金属造成附加电阻，这部分电阻近似地与温度无关。在金属的纯度很高时，金属的总电阻率可表示为
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0.763
0.783
0.829
7
178.39
178.39
178.63
178.88
2高温超导材料电性
转变温度并不是只由温度决定，只有保持在外磁场、流经电流和应力等值足够低时，超导样品的转变温度被称为超导临界转变温度 ．由于一般上述条件不能完全满足（比如地磁场），而且超导转变往往有一个区域，因此引入起始转变温度 ，零电阻温度 ，和中点转变温度 来表示，一般所说的转变温度 指的是 ．
A1.195080.00204
B-0.002841.11945E-5
------------------------------------------------------------
RSDNP
------------------------------------------------------------
[2008-10-13 20:36 "/Graph4" (2454752)]
Linear Regression for Data1_I:
Y = A + B * X
ParameterValueError
------------------------------------------------------------
28.0
28.3
3
0.882
0.894
0.924
0.936
0.964
3
34.4
34.6
34.8
35.0
35.1
4
0.838
0.852
0.887
0.900
0.933
4
41.0
41.2
41.4
41.5
41.6
5
0.790
0.808
0.847
0.862
0.899
5
48.0
48.1
48.2
48.3
48.5
6
图一四端接线法
在直流低电压测量中，如何判断和修正乱真电势带来的影响是十分重要的。实际上，由于材料的不均匀性和温差，就有温差电势的存在。通常称为乱真电势或寄生电势。我们只要用一段短的导线把数字电压表短接，用手靠近其中一个接线端来改变温度，我们就会看到数字电压表读数的变化。在低温实验中，待测样品和传感器处在低温中，而测量仪表处在室温中，因此它们的连接线处在温差很大的环境里，并且沿导线的温度分布还会随着低温液体液面的降低、低温容器的移动等变化而变化。所以在涉及直流低电压测量的实验中，判定和消除乱真电势的影响是实验中一个十分重要的步骤。
热电偶制作简单，测温端体积小、热容小、响应快，故得到广泛应用。但灵敏度不够高，一般不用于作高精度测量。在液氮至室温温区常用铜-铜镍热电偶，在液氦温度至室温温区可使用镍铬－金铁热电偶。
铜-铜镍热电偶被人们广泛用来测量77K至273K的温度。这种热电偶材料容易做得均匀，且热电势稳定，有良好的复现性，在一般的实验室条件下即可制作。本实验就用铜-铜镍热电偶产生热电势，通过查表法求得温度（实验室提供）