3. Оборудование, приборы и материалы

В данной работе будет использовано следующее оборудование и материалы:

1. Образцы меди и композиционных проводников;

2. Зонд измерительный;

3. Установка для измерения электросопротивления, включающая в себя;

3.1. Цепь образца

• источник тока GPS 1850D,

• нановольтметр HP 34420A,

• эталонное сопротивление на 0,01 Ом,

• соединительные провода,

• трехпозиционный переключатель.

2. Цепь термометра

• термометр Cernox^TM;

• термоконтроллер LakeShore 331

2. Цепь нагревателя

• манганиновый нагреватель;

• источник тока нагревателя на 1А с блоком развертки тока с регулируемой скоростью;

4. Паяльная станция Weller, припой ПОС-40, канифоль, пинцет, скальпель или алмазный надфиль;

5. Спиртовой или ртутный термометр;

6. Линейка металлическая, микрометр;

7. Сосуд Дьюара с жидким азотом;

8. Транспортный сосуд с жидким гелием СТГ-40;

Электрическая схема измерения сопротивления образца сверхпроводника представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Электрическая схема измерения сопротивления образца сверхпроводника в вакуумной камере:

1 - вакуумная камера; 2 - нагреватель; 3 - датчик температуры; 4 - образец; 5 - потенциальные контакты; 6 - токовые контакты

4. Содержание и порядок выполнения работы

В процессе проведения лабораторной работы студент получает основные навыки проведения низкотемпературных измерений, учится безопасной работе с криогенными жидкостями, паяльным оборудованием, электрическими приборами для измерений.

4.1 Определение удельного электрического сопротивления композитных проводников при комнатной температуре.

Определить площадь поперечного сечения образца

Расположить образец на подложке измерительного зонда и припаять токовые и потенциальные контакты

Измерить расстояние между потенциальными контактами

Измерить напряжение при двух направлениях измерительного тока U₊ и U₋, определить сопротивление образца по формуле (1).

(1)

Определить удельное электросопротивление по формуле (2).

(2)

Определить удельное электросопротивление образца при температуре 273,15 К с учетом термического коэффициента по формуле:

(3)

Вычислить погрешность определения удельного электросопротивления по формуле (4)

(4)

где δU, δI, δS, δL - погрешность определения напряжения, тока, площади поперечного сечения и расстояния между потенциальными контактами

Результаты измерений занести в специальную таблицу.

4.2 Определение отношения удельных электросопротивлений композитных проводников и меди при комнатной и криогенных температурах

Расположить образец на подложке измерительного зонда, припаять токовые и потенциальные контакты;

Откачать вакуумируемую камеру измерительного зонда и заполнить ее газообразным гелием.

Измерить температуру окружающей среды (Т_комн)

Подсоединить зонд через электрический разъем к измерительному стенду и измерить напряжение между потенциальными контактами образца при двух направлениях заданного тока. Определить электросопротивление образца при комнатной температуре по формуле (1)

Определить электросопротивление образца при температуре 273 К, учитывая температурный коэффициент сопротивления меди по формуле (3).

Охладить зонд, опустив медленно, избегая сильного парения, в сосуд с жидким гелием (СТГ-40).

Достижение требуемой температуры и её стабилизацию проводить при помощи температурного контроллера Lake Shore.

При достижении требуемой температуры измерить напряжение между потенциальными контактами образца при двух направлениях заданного тока. Определить электросопротивление образца по формуле (1).

Отношение электросопротивлений RRR определять по формуле (5).

(5)

где R_273K - электрическое сопротивление образца при температуре 273,15 К;

R_Tcryo - электрическое сопротивление образца при требуемой криогенной температуре (20 К - для Nb₃Sn сверхпроводников, 10 К − для NbTi сверхпроводников, 10 и 20 К - для меди).

Определить погрешность определения отношения электросопротивлений.

Результаты измерений занести в специальную таблицу.