Описание установки

Исследование криопроводимости – это очень важная тема раздела «Проводники». Однако создать исследовательскую установку в условиях вуза нереально, поэтому и было решено проводить исследование на ЭВМ, а в основу положить зависимости, взятые из справочников [4, 9].

В лабораторной работе исследуются криопроводимость меди и алюминия марок М995 и А995. В криогенной установке (рис. 3.2) последовательно охлаждаются катушки из чистых меди (I этап) и алюминия (II этап) с температуры 293 К до 10 К и строятся зависимости R = f(Т) (рис. 3.3).

Рис. 3.2. Изображение на экране монитора испытательной установки

для охлаждения катушки из чистого металла

Рис. 3.3. Зависимость R = f(Т) на экране монитора

Изображение катушки из исследуемого проводника на экране монитора приведено рисунке 3.4

Рис. 3.4. Параметры катушки из меди

Затем зависимости R = f(T) перестраиваются в логарифмических осях (рис. 3.5), что позволяет растянуть на графике область криогенных температур.

Рис. 3.5. Зависимость lgR = f(lg(Т)) на экране монитора

По зависимости R = f(T) необходимо вычислить значения температурных коэффициентов сопротивления:

TK_R =  ,

где TK_R – температурный коэффициент сопротивления, 1/;R₂ – сопротивление катушки при температуре T₂; R₁ – сопротивление катушки при температуре T₁ (T₂ > T₁).

По расчетным данным строится зависимость TK_R = f(Т) (рис. 3.6).

Рис. 3.6. Зависимость TK_R = f(Т)

Удельное сопротивление чистого металла можно определяется по формуле

 = ,

где – длина образца при начальной температуре Т_о = 293 К (t_o = 20 C), м; Sо – площадь сечения образца при начальной температуре Т_о, м²,  – удельное сопротивление в Омм.

У чистых металлов TK_  , поэтому принимают TK_  TK_R и при вычислении удельного сопротивления можно не учитывать изменение линейных размеров проводника.

По расчетным данным строятся зависимости  = f(Т) для меди и алюминия.

Наилучшим криопроводником является алюминий, это наглядно видно при изображении зависимостей lg() = f(lg(T)) для меди и алюминия на одном графике (рис. 3.7).

Рис. 3.7. Зависимости lg() = f(lg(T)) для меди и алюминия

Порядок выполнения работы

1. Включить ЭВМ и загрузить программу lab3.exe.

2. Внимательно прочитать все тексты, выводимые на экран.

3. Выполнить I этап работы (исследование криопроводимости меди):

– подготовить таблицу для заполнения (таблица 3.1), она будет заполняться в обратном порядке с n = 36 (Т = 293 К) до n = 0;

– выбрать режим охлаждения так, чтобы успевать списывать все показания, причем запись следует делать тогда, когда подается звуковой сигнал и значение параметров выводится желтым цветом;

– построить зависимость R = f(Т) при охлаждении образца из меди от 293 до 10 К и срисовать ее для отчета (зависимость будет выведена на экран только в случае, если безошибочно будут введены семь значений R и Т, выбранные из таблицы с помощью генератора случайных величин);

– построить зависимость lgR = f(lg(T)), значения занести в таблицу 3.1 (программа выборочно проверит эти значения);

Таблица 3.1

n	T , K	R, Ом	lgT	lgR	TKR, 1/	,	lg()
0	10	…	…	…	…	…
1	…	…	…	…
…	…	…	…	…
		…	…	…
36	293

– построить зависимость TK_R = f(Т), значения занести в таблицу 3.1 (программа выборочно проверит эти значения);

– построить зависимость  = f(Т), значения занести в таблицу 3.1 (программа выборочно проверит эти значения);

– ввести значение относительного сопротивления R_т, параметры катушки и программа оценит результаты I этапа.

4. В той же последовательности выполнить II этап работы (исследование криопроводимости алюминия). Для этого подготовить новую таблицу для заполнения, она аналогична таблице 5.1, только имеет n = 37.

5. Выполнить III этап (сравнение зависимостей  = f(Т) для меди и алюминия):

– построить зависимости lg() = f(lg(T)) для меди и алюминия на одном графике, значения lg() и lg(T) занести в таблицу 3.1 (программа выборочно проверит эти значения);

– ввести значение соотношения относительных сопротивлений меди и алюминия, и программа оценит результаты III этапа.

Работа считается выполненной только в том случае, если не допущено ни одной ошибки.

6. Составить отчет, который должен содержать:

– название работы и ее цель;

– параметры катушек из меди и алюминия;

– таблицы и графики R = f(T), lgR = f(lgT), TK_R = f(t);  = f(T) и lg() = = f(lg(T));

– основные расчетные формулы;

– вывод.

Вопросы к защите лабораторной работы № 3

1. Что такое криопроводимость?

2. Каковы причины изменения удельного сопротивления?

3. Какие материалы можно использовать при Т < 100 K?

4. Из каких основных элементов состоит испытательная установка?

5. Как определяется удельное сопротивление?

6. Нарисовать зависимости R = f(T), lgR = f(lgT), TK_R = f(t);  = f(T) и lg() = f(lg(T)).