改进实验仪器测量Bi／Ag线材的超导转变温度

Ｔ ｍｐ ｒｔｒ ｆＨ Ｂ ／ ａ ｅ ｅ ｅａｕ ｅ０ ｉＡｇＴ ｐ ｓ
ＨＵＡ ｏ， ＡＮＧ ｎ ｆ ＹＡＯ ｎ — ｉｇ １ Ｗ ３ Ｒｅ －ｕ， Ｈｏ ｇ ｙｎ
（ ｄ ｎ Ｕｎｖ ｒｉｙ Ｓ ａ ｇ ａ ０ ４ ３ Ｆｕ ａ ｉｅｓｔ ， ｈ ｎ ｈ ｉ ０ ３ ） ２
Ａ ｓｒｃ： ｅ ｓｔ ｆ ｘ ｅｉ ｎ ａ ｆｃｌｉｓｉ ｄ ｓ ｎ ｄｔ ａｕ ｅｔ ｅｃｉ ｃｌ ｅ ｅａｕ ｅｏ ｉＡｇ ｂｔａｔ Ａ ｎ ｗ ｅ ｐ ｒ ｏｅ ｍｅ ｔｌ ａｉｔ ｓ ｅｉ ｅ ｍｅ ｓ ｒ ｈ ｒ ｉ ｍｐ ｒｔ ｒ ｆ ／ ｉｅ ｇ ｏ ｔａｔ Ｂ
电流 。它 的端 电压 由另外 一 只 电 压 表检 测 ， 由它
的 电压值可 以得到 样品 的温度 。
图 １ 测Ｙ Ｏ Ｂ Ｏ超导转变温度实验装置
压表逐点测量 电压， 并用 ＸＹ记 录仪画 出曲线。 ＿ 这样 就可 以记录温 度下 降过程 和温度 上升过 程 中 超导 转变 的 曲线 。 用这套 实 验 装 置 测 量 Ｂ／ ｉＡｇ线 材 的超 导 转 变温度时， 发现随着温度的改变 ， 样品电流 Ｖ 值 ｓ 根本 没有 变化 ， 是 由于 Ｂ／ 这 ｉ Ａｇ线材 的 电阻过 小 所致 。现有实验装置提供 的样 品电流为 ｍＡ数 量级 ， 测量样 品 的电压 精 度为 ０ １ｍＶ， ． 因此测 得 样 品 的电阻 变化 最 低 只能 在 ０ ０ 数量 级 。而 ． １Ｑ 实验 中所用 的 Ｂ／ ｉＡｇ线 材 的 电阻 在 １ Ｑ数 量 ０ 级， 自然无 法用此 实 验装 置 测 量 超 导样 品 的 电阻 变化 。 因此， 改进仪器一方面考虑提高样品电流， 另 方面考虑提高所用数字电压表 的精度， 从而使 所能 测量 的 电阻变 化尽可 能小些 。最 后选用 一 台 测量 精度 在 ０ ０ ． １ｍＶ 的 电压 表 ； 时 ， 一个 输 同 用 出 电压范 围在 ０～ ２ 的电压 源 与一 个 电 阻箱 ＯＶ 串联 ， 组成 一个 恒 流 源 。测 量 时 电压 源 输 出 电压 为 ｌ． ５ 电阻箱阻值打在 ｌ ， ８ ７ Ｖ， ８ 此时电路 中的 Ｑ 电流 为 １Ｏ ．ＯＡ。同样 用 四引线 法 进行 测 量 ， 得到
文献标识码 ： Ａ
中 图分 类 号 ： １． Ｏ５ １４
超 导体具 有零 电阻 现象 、 迈斯 纳 效应 等 基 本
特性， 即当材料进 入 超 导态 时 ， 电 阻为零 （ 一 其 Ｒ
０ ， 内磁 感应强 度亦 为零 （ 一 ０ 。 ）体 Ｂ ） 利用 超导 体 的这些性 质可 以测量其 从正 常态 向超 导态转 变 的 临界温度 Ｔ ［引。 实验 室有 测 量 ＹＢ Ｏ超 导 块 ｃ 卜 本 Ｃ 材 转变 温度 Ｔ 的实 验装 置 。 ｃ 由于 ＹＢ ０受潮 易失 Ｃ 超 ， Ｂ／ 线材 则性 能稳定 易保 存 ， 有着更 广 而 ｉＡｇ 且 泛 的应用前 景［ ］因此笔者 对 现有仪 器进行 了改 ３。 进， 测量 了 Ｂ／ ｇ高温超 导线 材 的 Ｔｃ ｉＡ 。
５ｍＡ， 是 通 过 的 样 品 电 流 ， 的量 程 最 大 为 这 它 １ ＯｍＡ。２３两 根 引 线 与 电压 表 相 连 ， 据 欧 姆 、 根 定律 即可得 到样 品电阻值 。５ ６ 根引 线连 接 的 、两 是铂 电 阻温 度计 ， 一个 １ｍＡ 的恒 流 源 为其 提 供
恒流源
图 ２ 四 引 线法 样 品 电 路 圈
通过控 制超导 样 品所 在铜管 与液 氮液 面的距 离来 控 制样 品 温 度 。尽 量 使 得 温 度 变 化 比较 缓 慢 ， 其在 正常态一 尤 超导 态转 变过 程 中 。用 数字 电
１ 实验装置与方法
实验 室现有 的实 验 装 置 ， 图 １所 示 。有 装 如 液 氮 的不锈 钢杜 瓦瓶 、 套管 样 品管 、 铜 电流源 和 电 压 表 。四引 线 法 样 品 电路 图如 图 ２所 示 。图 中 １ ４两 根 引 线 所 接 的 恒 流 源 输 出 电 流 设 定 为 、
两组数 据 画出 曲线如 图 ３所示 。从 图 中可 以清楚
地看出 Ｂ／ ｇ的电阻 随温度 降低 而突 然下 降。 ｉ Ａ 虽然 本套 实验装 置 已经 能 够测量 １ Ｑ 数量 级 的 Ｏ 电阻 ， 是精 度 还 是 略 显 不够 。整个 超 导 转 变 过 但 程 中 数 字 电 压 表 只 能 从 ０ ０ ｍＶ 变 化 到 ．１ ００ ．０ ｍＶ， 不仅 精 度不 够 ， 而且 只 能测 量 ｌ Ｏ个点 。 电阻箱的额定功率 比较小 ， 整个实验过程 中发热 严重 ， 导致 电流有 大约 ２ 的飘 移 ， 这也 一 定 程 度 上影 响 了实验结 果 的精 度 。 最后 Ｂ／ ｇ ｉ 线材 的超导转变温度 丁 取以上 Ａ ｃ 四组结 果 的平均 值 ， ： 即
Ｈ Ｓ ｔｐ ｓ ｔ ｅ ｒ ｓ ｌ ｉ ０ ． Ｋ． ｒ ａ ｅ ，ｈ ｅ ｕ ｔ ｓ１ ４ １
Ｋ ｙｗ ｒｓ ｈｇ ｅ ｅａｕｅｓ ｐ ｒｏ ｄ ｃｉｉ ； ｅ ｏｄ ： ｉｈｔｍｐ ｒｔ ｒ ｕ ｅｃｎ ｕ ｔ ｔ ＨＴＳＢ ／ ａ ｅ ；ｒ ｉ ｌ ｅ ｅａｕ ｅ ｖｙ ｉＡｇｔｐ ｓｃｉｃ ｍｐ ｒｔ ｒ ｔａ ｔ
［ ］ 陆果． ５ 高温超 导材 料 特性 测 试装 置 ［ ］ 物理 实验 ， Ｊ．
２０ 。 １５ ：． ０ １ ２ （ ） ７
率 为 ９０ ０ ． ×１～ａ／Ｋ， 距 为一０ ０ ５９℃ 。利 用 截 ． ０ 直线 方程 计算 得 到该 样 品在 ２ Ｏ℃ 时 的 电阻 温 度
Ｄｅ ｉｎｉ ｇ Ｉ ｓｒ ｍ ｅ ｓｔ ｅ ｓ ｒ ｈｅＣｒｔｃ ｌ ｓｇ ｎ ｎ ｔｕ ｎｔ ｏ Ｍ ａ ｕ ｅ ｔ ｉｉａ
第２卷 ３
第４ 期
大
学
物
理
实
验
ＶｏＩ２ ＿ ３ Ｎｎ ４
Ａｕ ． ０ ０ ｇ ２ １
２１ ０ ０年 ８月
ＰＨＹＳ ＣＡＬ ＸＰ Ｉ Ｅ ＥＲＩ ＥＮＴ Ｍ ０Ｆ Ｃ０ＬＬＥ ＧＥ
文 章 编 号 ：０ ７２ ３ （０ ０ ０ —０ ４０ １０—９ ４ ２ １ ）４０ ０—２
９ ． ６５
９ ． ２ ３ ９ ． ０ ２
下降 上升
这从另一个角度说明了这种方法测量样 品电阻是 比较 准确 的 。
Ｏ ２ ・ ０
表 １中序号 １２两组 数据 是用 电压 表读 点记 、
录 的 ；、 ３ ４两组 曲线 是用 Ｘ Ｙ 记录仪 记 录 的。１ ２ ＿ 、
ａ
０． ５ １
改进 实验 仪 器 测 量 Ｂ／ ｇ线 材 的超 导转 变 温 度 Ａ ｉ
华 波， 汪人 甫 ， 红 英 姚
（ 旦大学 ， 海 复 上 ２０３） ０ ４ ３
摘
要： 对实验 室现有 的仪 器进行改进并测量了 Ｂ／ ｉＡｇ高温超导线材的 ， 结果为 １４ １Ｋ。 ０ ．
关 键
词： 高温超导 ； ｉＡｇ高温超导线材 ； Ｂ／ 临界温度
图 ３ Ｂ／ ｇ 导线材的电阻一 ｉＡ 超 温度变化 曲线
程 ，０ ４ １ （ ） ２ ０ ，４ １ ．
此外 ， Ｂ ／ 对 ｉＡｇ线材 在 超 导转 变前 的数 据 进 行直 线 拟 合 ， 到 结果 如 图 ４中所 示 。直 线 的斜 得
－ １］ 张连芳． —Ｂ 高温超导线材转变温度 的测量［ ］ ４ Ａｇ ｉ Ｊ． 低 温与超导 ，０ ３ ３ （ ） １． ２ ０ ，１ ３ ：８
一
收 稿 ｌ期 ：２ １－３１ ｌ ｔ ０ ００—６
改进实验仪器测量 Ｂ／ ｉ Ａｇ线材的超导转变温度
结果 如表 １ 所示 ：
表 １ 四引 线 法 测 量 Ｂ／ ｇ线 材 的 丁 ｉ Ａ ｃ
系数 为 ００ ３５Ｋ， 与银 在 ２ 时 的 电阻 温度 ．０ ／ 这 Ｏ℃ 系数 ０ ０ ３８ Ｋ 比较 接 近Ｌ 。 ． ０ ／ ４ ］ 这是 因 为银 的 电阻 率 很 小 ， 因此 在超 导转 变 过程前样品电阻近似 等于其 内部银成份的电阻 。
序号
温度变化 起
下降
上升
／Ｉ （
９ ． ６ ３
变温度 完
／Ｉ Ｚ
变温度
ｒ ／ △ＴｃＫ ｃＫ ／
１１ ｌ ／ － ｘ
１２ － ／ ，
１ ．５ ０５ ５ ．７ １ ４ ４ ４ ０ ．０ ． １３ ８ ０ ． ６ ４ ． １３ ３ ３ ０ ．１ ．
参考 文献 ：
［］ 章立源 ， １ 张金龙 ， 宋玉 舁． 导物理 ［ ． 超 Ｍ］ 北京 ： 子 电
工 业 出版 社 ，９ ７ １８ ．
［］ 解 思 深． ２ 高温 超 导 ［ ． 南 ： 南 教 育 出版社 ， Ｍ］ 湖 湖
１ ９．wk.baidu.com９ ３
［］ 刘梦林 ． ３ 高温超导 线材 临界温 度测量 ［］物 理与工 Ｊ．
Ｔｃ 】 ４ ＝ Ｏ ．】Ｋ △Ｔｃ ＝５ Ｏ Ｋ ＝＝ ．
０ １ ． Ｏ
１０ ０
ｌ０ ５
２０ ０
２０ ５
ｒＫ ／
圈 ４ Ｂｌ ｇ超 导 线 材 的 电 阻一 度 变 化 似 合 曲线 ｉＡ 温
２ 结束语
总的来说 ， 该实验装置提供 了一种比较 简单 有效 的 测 量 Ｂ／ ｉＡｇ线 材 超 导 转 变 温 度 的 方 法 。 不过测量精确度还有待提高 ， 而提高精确度的关 键在 于得 到输 出 电 流更 大 的恒 流 源 ， 者精 度 更 或 高 的 电压 表 ， 者 可 在样 品 电压 信 号 上 加一 个 放 或 大器 之后再 用 电压表 测量 。