物理特性實驗-文庫吧資料
2025-07-27 23:03本頁面
【正文】 低溫恒溫器拉桿頂端及BW2右側(cè)面的插座上，同時接好 BW2面板上虛線所示的待連接導線，并將PZ158與 BW2面板上的 “ 外接 PZ158”相連接。 電加熱器電路 BW2型高溫超導材料特性測試裝置中，一個內(nèi)置的穩(wěn)壓電源和一個指針式電壓表，構(gòu)成了一個為安裝在探頭中的 25Ω 錳銅加熱器線圈供電的電路。當然，這種確定受到了測量儀器靈敏度的限制。 為了提高測量精度，使用一臺外接的靈敏度為 1μV 的 5位的 PZ158型直流數(shù)字電壓表，來測量標準電阻和超導樣品上的電壓，由此可確定超導樣品的電阻。為此，在超導樣品測量電路中，采用多檔輸出式的恒流源來提供電流。在實際測量中，通過微調(diào)我們可以分別在 100Ω 可10KΩ 的標準電阻上得到 . 在鉑電阻和硅二極管測量電路中 ,使用兩個內(nèi)置的靈敏度分別為 10μV 和 100μV 的 4數(shù)字電壓表 ,通過轉(zhuǎn)換開關(guān)分別測量鉑電阻 \硅二極管以及相應(yīng)的標準電阻上的電壓 ,由此可確定紫銅恒溫塊的溫度。硬件接口盒主要完成對鉑電阻、硅二極管、超導樣品電阻測量數(shù)據(jù)的采集工作，實現(xiàn)鉑（硅）電流 /電壓檔位的自動切換，以及自動檢測多路測量選擇轉(zhuǎn)換開關(guān)（簡稱轉(zhuǎn)換開關(guān)）的狀態(tài)（短路、溫差電偶、液面計、樣品電壓、樣品電流），自動控制加熱器和樣品電流換向開關(guān)。 BW2型高溫超導材料特性測試裝置 主要由鉑電阻、硅二極管和超導樣品等三個電阻測量電路構(gòu)成，每一電路均包含恒流源、標準電阻、待測電阻、數(shù)字電壓表和轉(zhuǎn)換開關(guān)等五個主要部件。改變加熱絲的功率或調(diào)整樣品與周圍低溫液體間的漏熱，可以獲得不同的穩(wěn)定溫度。另一種是將樣品置于密封的容器內(nèi)，容器浸于低溫液體中，利用加熱絲給樣品輸送熱量。必須注意，通常用來貯放液氮和液氦的金屬杜瓦瓶在真空的夾層內(nèi)襯有活性炭或滲炭紙，遇氧易引起爆炸，因此這種金屬杜瓦瓶不允許盛裝液氧。液氦實驗裝置要復雜些，常在盛裝液氦的杜瓦瓶外套盛裝液氮的杜瓦瓶，以減少熱量傳遞。低溫液氦實驗中常用兩種杜瓦瓶，一種是為儲存與運輸用的，一種是為實驗用的。在常壓下液氮和液氦的沸點溫度分別是 和 。他通常由盛裝低溫液體的杜瓦瓶、感溫元件與溫度調(diào)節(jié)機構(gòu)組成。 目前已達到的最低溫度是 2mK，這個溫度雖然沒有達到磁制冷的水平，但是由于稀釋制冷機具有連續(xù)制冷的能力，因此發(fā)展速度很快，應(yīng)用范圍也大大超過磁制冷。 1951年倫敦 (H阿努弗拉耶夫（ Anufriyev）在1965年首先用實驗作了證實。 帕末朗丘克（ PomeranChuk）于 1950年提出， 3He溶解曲線有一最小值為。 1926年喬克 (Giaugue)和德拜 (Debye)各自獨立地提出某些順磁鹽在液氦溫度下借助于強磁場，使電子自旋磁矩的排列從無序變?yōu)橛行?，然后再將順磁鹽絕熱，撤去磁場，順磁鹽溫度降低，用這種方法能達到的最低溫度為 。特別是對于焦耳 — 湯姆孫轉(zhuǎn)換溫度較低的氦氣、氫氣，通過等熵膨脹后再進行等焓節(jié)流，可以成功地獲得 。焦耳 — 湯姆孫實驗為等焓節(jié)流，利用它可以使空氣冷卻至 80K附近。 1853焦耳 ( ()進行了有名的多孔塞實驗。例如外科用的降溫帽、降溫毯、眼科用的白內(nèi)障摘除器，以及醫(yī)學、生物學領(lǐng)域廣泛使用的冷凍切片機等，溫度通常在－ 50℃ 以上。 （ 2）電制冷：利用半導體材料的珀爾效應(yīng)，可以取得制冷效果。 冷凍溫區(qū)的主要制冷手段 （ 1）基于相變原理的制冷：利用氦、氟里昂等工作介質(zhì)的相變性質(zhì)，可以制冷。當今，以超低溫為基礎(chǔ)的微型制冷、絕熱、低溫材料、低溫密封以及真空、低溫測量等方面的技術(shù)和物理過程研究進展很快，特別是高臨界溫度氧化物超導材料的迅猛發(fā)展，有給低溫物理和低溫技術(shù)以強大的推動力。 1950年，用絕熱去磁化獲得 低溫 ,后來又用核去磁法開辟了 μK范圍晶格溫度的新研究領(lǐng)域。隨后，氮、氫等氣體相繼液化成功。 紫銅溫度變化率與紫銅比熱的關(guān)系 三、低溫制冷手段簡介 在我們的實驗當中關(guān)鍵是低溫的獲得與控制。 金屬電阻隨溫度的變化 半導體鍺的電阻溫度關(guān)系 金屬電阻隨溫度的變化 溫差電偶溫度計 當兩種金屬所做成的導線聯(lián)成回路，并使其兩個接觸點維持在不同的溫度時，該閉合回路中就會有溫差電動勢存在。由圖可見，用一支二極管溫度計就能測量很寬范圍的溫度，且靈敏度很高。顯然，在大部分溫區(qū)中，半導體具有負的電阻溫度系數(shù)，這與金屬完全不同的。適當調(diào)整摻雜元素和摻雜量，可以改變 Ⅲ 和 Ⅳ 這兩個區(qū)所覆蓋的溫度范圍以及交接處曲線的光滑程度，從而做成所需的低溫鍺電阻溫度計。當溫度降低到 Ⅱ和 Ⅲ 區(qū)時，半導體雜質(zhì)激發(fā)占優(yōu)勢，在 Ⅲ 區(qū)中溫度開始升高時，它所激發(fā)的載流子的數(shù)目也是隨著溫度的升高而增多的，從而使其電阻隨溫度的升高而指數(shù)下降；但當溫度升高而進入 Ⅱ 區(qū)中時，雜質(zhì)激發(fā)已全部完成，因此當溫度繼續(xù)升高時，由于晶格對載流子散射作用的增強以及載流子熱運動的加劇，所以電阻隨溫度的升高而增大。半導體導電的機制比較復雜，如圖所示，鍺電阻溫度計的電阻溫度關(guān)系可以分為四個區(qū)。 鉑電阻的溫度關(guān)系 金屬電阻隨溫度的變化 半導體電阻以及 PN結(jié)的正向電壓隨溫度的變化 半導體具有與金屬很不相同的電阻溫度關(guān)系。 在液氮正常沸點到室溫溫度范圍內(nèi)，鉑電阻溫度計具有良好的線形電阻溫度關(guān)系，可表示為 R（ T）＝ AT＋ B 2 或 T（ R）＝ aR＋ b 3 其中 A、 B和 a、 b是不隨溫度變化的常量。例如，鉑的德拜溫度 ΘD為225Ｋ，在 63K到室溫的范圍內(nèi)，它的電阻Ｒ ≈Ｒ i(T)近似地正比于溫度 T。 ? （ 2）邁斯納效應(yīng)
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