超导材料磁悬浮力测量

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（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：①零电阻性或完全导电性；②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、 贮能和交通运输等方面。另一类是用于弱电，用超导成小尺度的器件，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。 1

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10~20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:\\cdjcc\\cdjc.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。 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。 2

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，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”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10~20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:\\cdjcc\\cdjc.exe运行测试软件。出现如下界面 3

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。 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

4

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。 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 5

六、数据处理： 七、实验结论与讨论： 八：问答题 指导教师批阅意见： 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。

6