Laborationsinstruktion

Relevanta dokument
DEMONSTRATIONER MAGNETISM II. Helmholtzspolen Elektronstråle i magnetfält Bestämning av e/m

David Wessman, Lund, 30 oktober 2014 Statistisk Termodynamik - Kapitel 5. Sammanfattning av Gunnar Ohléns bok Statistisk Termodynamik.

4-3 Vinklar Namn: Inledning. Vad är en vinkel?

Elektricitet och magnetism

Supraledare kalla dem oemotståndliga

Stockholms Tekniska Gymnasium Prov Fysik 2 Mekanik

När jag har arbetat klart med det här området ska jag:

LPP laboration. Förmågor: Centralt innehåll: Kunskapskrav:

Blixtrarna hettar upp luften så att den exploderar, det är det som är åskknallen.

Elektronen och laddning

4-6 Trianglar Namn:..

Hemsida Arbetsrum. Skapa arbetsrumslista

Ellära. Laboration 1 Mätning av ström och spänning

LABORATION 2-3 Fysik

Föreläsning 1 i Elektronik ESS010

Nedfrysning av spermier. Information om hur det går till att lämna och frysa ned spermier.

Skogsbruk på ren svenska Lektion 4: Mästare på både förnyelse och återvinning. Tema: Återvinning Ämne: Biologi, Kemi Årskurs: 7-9

Boken om Teknik. Boken om Teknik är en grundbok i Teknik för åk 4 6.

Ellära. Ohms lag U = R * I. Ett av världens viktigaste samband kallas Ohms lag.

Tentamen i Fysik A, Tekniskt-Naturvetenskapligt basår

NATIONELLA MATEMATIKTÄVLING

Den inre resistansens betydelse i mätinstrument

Arbeta bäst där du är Dialect Unified Mi

Repetitivt arbete ska minska

Syftet med en personlig handlingsplan

Kursplan i svenska. Därför tränar vi följande färdigheter under elevens skoltid i ämnet svenska: Tala, lyssna och samtala. År 1

Scoot Boot - frågor & svar

INSTITUTIONEN FÖR FYSIK OCH ASTRONOMI. Mekanik baskurs, Laboration 1. Bestäm tyngdaccelerationen på tre olika sätt

Projekt benböj på olika belastningar med olika lång vila

DOP-matematik Copyright Tord Persson. Bråktal Läs av vilka tal på tallinjen, som pilarna pekar på. Uppgift nr

Introduktion till kemisk bindning. Niklas Dahrén

Lathund, procent med bråk, åk 8

Vetenskapliga begrepp. Studieobjekt, metod, resultat, bidrag

Abstrakt. Resultat. Sammanfattning.

Hävarmen. Peter Kock

Vi skall skriva uppsats

TIMREDOVISNINGSSYSTEM

Avsikt På ett lekfullt sätt färdighetsträna, utveckla elevers känsla för hur vårt talsystem är uppbyggt samt hitta mönster som uppkommer.

Kapitel 6. f(x) = sin x. Figur 6.1: Funktionen sin x. 1 Oinas-Kukkonen m.fl. Kurs 6 kapitel 1

Vad är WordPress? Medlemmar

Energi & Miljötema Inrikting So - Kravmärkt

Uppdrag: Huset. Fundera på: Vilka delar i ditt hus samverkar för att elen ska fungera?

SOLCELLSBELYSNING. En praktisk guide. Råd & Tips SOLENERGI LADDA MED. Praktiska SÅ TAR DU BÄST HAND OM DIN SOLCELLSPRODUKT

Denna utrustning får endast demonstreras av personal.

ANVÄNDARHANDLEDNING FÖR

ÖVNINGSKÖRNINGSOLYCKOR

1 Navier-Stokes ekvationer

Enkätresultat för elever i åk 9 i Borås Kristna Skola i Borås hösten Antal elever: 20 Antal svarande: 19 Svarsfrekvens: 95% Klasser: Klass 9

Erfarenheter från ett pilotprojekt med barn i åldrarna 1 5 år och deras lärare

Tentamen i matematisk statistik (9MA241/9MA341/LIMAB6, STN2) kl 08-13

Gissa det hemliga talet

Väga paket och jämföra priser

Svenska Du kan med flyt läsa texter som handlar om saker du känner till. Du använder metoder som fungerar. Du kan förstå vad du läser.

Axiell Arena. Samarbeta om bilder Regionbiblioteket i Kalmar län

Webb-bidrag. Sök bidrag på webben Gäller från

حرکات تمرینی برای ماهیچه های فک که تحت فشار قرار دارند

UPPGIFT: SKRIV EN DEBATTARTIKEL

3. Värmeutvidgning (s )

Strukturen i en naturvetenskaplig rapport

Elektriska komponenter och kretsar. Emma Björk

Enkätresultat för elever i år 2 i Nösnäsgymnasiet 2 i Stenungsund våren 2014

Individuellt Mjukvaruutvecklingsprojekt

Boll-lek om normer. Nyckelord: likabehandling, hbt, normer/stereotyper, skolmiljö. Innehåll

Enkätresultat för elever i år 2 i Mega Musik gymnasium hösten Antal elever: 47 Antal svarande: 46 Svarsfrekvens: 98% Klasser: MM13

Enkätresultat för elever i år 2 i Praktiska Skövde i Praktiska Sverige AB hösten 2014

Tränarguide del 1. Mattelek.

Presentationsövningar

För dig som är valutaväxlare. Så här följer du reglerna om penningtvätt i din dagliga verksamhet INFORMATION FRÅN FINANSINSPEKTIONEN

ELEV- HANDLEDNING (Ansökan via webben)

BÅGSKYTTEFÖRBUNDET MEMBER OF SVERIGES RIKSIDROTTSFÖRBUND AND FÉDERATION INTERNATIONALE DE TIR A L ARC

Systematiskt kvalitetsarbete

Mätning av effekter. Vad är elektrisk effekt? Vad är aktiv-, skenbar- reaktiv- medel- och direkteffekt samt effektfaktor?

Statsbidrag för läxhjälp till huvudmän 2016

Om erbjudandet för din pensionsförsäkring med traditionell förvaltning.

Program Handledning Förutsättningar: Träningar Teori

Tentamen. Makroekonomi NA0133. Juni 2016 Skrivtid 3 timmar.

Linjära system av differentialekvationer

Anmälan om sjukhusens läkemedelsförsörjning

Introduktion 7-manna fotboll

Allmän kemi. Läromålen. Molekylers geometri. Viktigt i kap VSEPR-modellen Molekylers geometri

Sveriges Trafikskolors Riksförbund Film om körkort för nysvenskar Speakertext - Svensk

Bruksanvisning UCR-100

Laborativ matematik som bedömningsform. Per Berggren och Maria Lindroth

Upplägg och genomförande - kurs D

Lab 31 - Lauekamera TFFM08 - Experimentell Fysik

Kap 11 kylcykler. 2-fas. ånga

Nyhetsbrev nummer 3, 2012

Handbok Ämnesprov 2016 Lärarinmatning I Dexter Åk 3. Uppdaterad: /HL Version: IST AB

PROV EKOLOGI. Vid varje uppgift i provet finns en liten tabell som beskriver vilka biologikunskaper uppgiften ger dig möjlighet att visa.

Skriva B gammalt nationellt prov

Riktlinjer - Rekryteringsprocesser inom Föreningen Ekonomerna skall vara genomtänkta och välplanerade i syfte att säkerhetsställa professionalism.

Klinisk omvårdnad: Somatisk hälsa ohälsa och sjukdom Provmoment: Tentamen 1 Ladokkod: Tentamen ges för: SSK 07

Kundservicerapport Luleå kommun 2015

Sid i boken Rekrytering. Författare Annica Galfvensjö, Jure Förlag

En lönerevision görs i flera steg; Initiering - Lönerevision Attestering - Skapa förmån - Uppdatera lön.

EXAMINATION I MOMENTET IDROTTSFYSIOLOGI ht-10 (101113)

DATASAMORDNING NYHETERNA I CHAOS Utbildning Chaos/Handledning - Nyheterna i Chaos 3/

Administration Excelimport

Koncept Katalog 2009

Världshandel och industrialisering

Transkript:

Laborationsinstruktion Laboration Supraledning UPPSALA UNIVERSITET TEKNIKUM Delkurs Fasta Tillståndets Fysik II lokal 4319 Innehåll Delkurskod labkod SL UPPGIFTER: 1. Utföra ett enkelt experiment med en högtemperatursupraledare (YBa Cu 3 O 7 ).. Bestämma kritiska temperaturen för indium. 3. Undersöka kritiska fältets temperaturberoende och bestämma kritiska fältet vid 0 K. LITTERATUR: C. Kittel, Introduction to Solid State Physics, 7:e uppl., kap 1. HANDLEDARE: Matthias Hudl, matthias.hudl@angstrom.uu.se, room: 4341, telephone: 018-471 33 59 Mai 011 namn handledarens kommentarer årskurs inskrivningsår utförd den grupp godkänd den signum

FÖRBEREDELSEUPPGIFTER 1. Förklara vad Meissner-effekten är för något.. Skissa på ett enkelt sätt magnetiseringskurvor för typ I och typ II supraledare. 3. Varför är typ I supraledare inte så användbara i tekniska applikationer jämfört med typ II supraledare, så som t ex spolar för supraledande magneter? 4. Vad händer med entropin vid kylning under den kritiska temperaturen?

KORTFATTAD TEORI Kamerlingh-Onnes upptäckte supraledning (i kvicksilver) redan 1911, men någon tillfredsställande teori kom inte förrän i slutet av femtiotalet av Bardeen, Cooper och Schrieffer (BCS-teorin). BCS-teorin går ut på att elektronerna bildar par, s.k. Cooperpar, genom att växelverka med atomgittret. Kvantmekaniskt kan man visa att vågfunktionen för elektronparen sträcker sig över hela gittret, vilket innebär att elektronerna inte känner någon potentialskillnad i gittret. Cooper-paren kan därför röra sig helt utan motstånd (utan energiförluster). Det är alltså fördelaktigt ur energisynpunkt att bilda Cooper-par och det krävs en viss minsta energi för att bryta upp ett par. Detta s.k. energigap är av storleksordningen 10-3 ev. Supraledning uppstår först under en viss kritisk temperatur T c. Under denna temperatur kan supraledningen upphävas med ett pålagt magnetfält som överskrider det kritiska magnetfältet H c, eller med en strömtäthet större än den kritiska strömtätheten J c. I typ-i-supraledare är kritiska temperaturen under 10 K. Några exempel är Hg, In, Pb, Sn. Det kritiska fältet är några tiotal millitesla vid låga temperaturer och varierar med temperaturen enligt H ( T ) H c c (0) 1 T T C (1) I typ-ii-supraledare kan däremot kritiska fältet (H c ) vara mycket högt, upp till 10 T, och kritiska temperaturer över 0 K förekommer. Typ-II-supraledare har fått stor praktisk betydelse då man med hjälp av dessa kan tillverka starka supraledande magneter. Exempel på typ II supraledare är Nb-legeringar, t.ex. Nb 3 Sn. 1986 fann J.G. Bednorz och K.A. Müller supraledning i vissa keramiska material, som La-Ba-Cu-O och Y-Ba-Cu-O. Dessa keramiska högtemperatursupraledare är extrema typ-ii-supraledare. Man nådde kritiska temperaturer omkring 90 K, vilket innebar att flytande kväve (77 K) kunde användas som kylmedel. Upptäckten startade en enorm våg av forskning inom området och många nya material upptäcktes. Ännu har dock ingen tillfredsställande teori för de nya högtemperatursupraledarna utvecklats. 3

FÖRSÖKSUTRUSTNING Temperaturer ned till 1.5 K kan erhållas med utrustningen som schematiskt visas i figur 1. Kryostaten består av de dubbelväggiga glaskärlen A och B. A fylls med flytande kväve (77 K) och B med flytande helium (4. K). Provet sänks ned i B-kärlet, som är via ett pump- och ventilsystem anslutet till det fast installerade heliumåtervinningssystemet. Temperaturen på provet kan varieras genom att trycket ovanför He-vätskan ändras med hjälp av en rotationspump. Temperaturen vid jämvikt bestäms ur en ångtryckstabell, som finns tillgänglig på laborationsplatsen. Figur 1. Skiss över labuppställningen 0-10 torr Torr 0-760 torr Torr F C Provstång 1 A B Prov He 4 Pump "Pump" "Heliumretur" N Kompressor Lagringstub Lagrings -ballong Nedkylning av prov 1. Pumpa ut luft och vattenånga ur systemet. Luft fryser vid nedkylning med flytande helium och förorsakar "is" proppar.. Fyll flytande kväve i A. 3. Fyll B med heliumgas genom att släppa in gas bakvägen från återvinningssystemet. 4. Överför flytande helium från heliumbehållaren till B. 5. För provet LÅNGSAMT ned i heliumbadet. 6. Koppla in kablar enligt kopplingsschema vid laborationsstationen 7. Kontrollera om provfilmen är hel genom att lägga på ström över provet (~1 ma) och läs av spänningen Under hela försöket måste temperaturen hållas konstant eller sänkas (se fråga 3). 4

Experiment 1. En platta av YBa Cu 3 O 7 (T c 90 K) kyls med flytande kväve (77 K). På plattan läggs under nedkylningen en liten permanentmagnet. Studera effekten. Experiment. Bestäm kritiska temperaturen (T C ) för indium Undersök provets resistans från 4. K ned till kritiska temperaturen T c. Resistansen bestäms genom att strömmen genom provet hålls konstant och spänningen mäts med en voltmeter. Sänk temperaturen genom att sänka trycket i behållaren. Gör detta långsamt (i små steg) då övergången till det supraledande stadiet (Tc) kommer plötsligt. När resistansen försvinner har Tc nåtts och man kan sluta sänka (pumpa) temperaturen (trycket). Ström genom provet = Plotta resistansen som funktion av temperaturen för att bestämma Tc. Resultat T c = Tryck (mbar)/ (Torr) Temperatur (K) Spänning (mv) Resistans (Ω)

Experiment 3. Bestäm kritiska fältets temperaturberoende, H c (T), samt kritiska fältet vid 0 K, H c (0). 5 Det kritiska fältet vid olika temperaturer under T c bestäms genom en ström som genererar ett magnetfält. Magnetströmmen ökas tills provet blivit normalledande, dvs. då spänningen över provet 0. Samtidigt avläses temperaturen, varefter strömmen minskas igen. Detta upprepas vid ett tiotal temperaturer. Ur varje kurva fås den magnetström som motsvarar det kritiska magnetfältet H c vid en viss temperatur. Observera att temperaturen ENDAST skall sänkas. Magnetkonstanten för elektromagneten är 7.8 mt/a. Plotta det kritiska fältet som funktion av (T/T c ) för att bestämma H c (0) Resultat: H c (0) = Tryck (mbar)/ (Torr) Temperatur (K) Ström (A) Kritiskt fält (mt) (T/Tc) 6

RAPPORT Skriv en fullständig (alternativt begränsad) rapport, en per student. Den fullständiga rapporten bör innehålla historik, teori, experiment och resultat. Den reducerade rapporten bör innehålla en kort redogörelse för experimentet samt resultat. I båda skall resultaten jämföras med tabellvärden och kommentarer till eventuella skillnader samt möjliga orsaker till dessa. Rapporten ska dessutom innehålla svar på följande frågor: 1. Ange en rimlig orsak till varför vid rumstemperatur goda ledare (Au, Ag, Cu) till synes ej blir supraledande medan dåliga ledare som Sn, In och Pb blir det.. Hur varierar magnetiska fältet som funktion av avståndet från centrum för en oändligt lång rak strömförande ledare (inuti och utanför) a) för en normal ledare b) för en supraledare 3. Varför kan man inte lita på temperaturmätningen i försöket, om man låter temperaturen stiga? (Detta gäller bara ovanför.17 K ( -punkten), där 4 He är en normal viskös vätska. Under.17 K är 4 He supraflytande, dvs. utan viskositet.) 4. Försök förklara varför magneten i försöket med högtemperatursupraledaren beter sig som den gör. 7