Die Supraleitung als physikalisches Phänomen wurde 1911 entdeckt und ist seitdem ein wichtiges Phänomen in der Tieftemperaturtechnik. Die Eigenschaft, dass beim Unterschreiten einer gewissen niedrigen Temperatur der elektrische Widerstand eines Materials auf null fällt, scheint zunächst verwunderlich.
Bei diesem Versuch werden wir verschiedene Supraleiter in einem Pumpkryostaten bei sehr niedrigen Temperaturen untersuchen. Wir werden uns mit den Geräten vertraut machen und einige Eigenschaften der Proben bestimmen. Außerdem untersuchen wir
das Verschwinden der Supraleitung unter Anlegen eines starken Magnetfeldes.
Inhaltsverzeichnis
1. Zielstellung des Versuches
2. Fragen zur Vorbereitung
3. Versuchsaufbau und Messtechniken
4. Messprotokoll
5. Auswertung
6. Fazit
Zielsetzung & Themen
Dieses Praktikumsprotokoll befasst sich mit der Untersuchung des physikalischen Phänomens der Supraleitung. Ziel ist es, verschiedene supraleitende Proben in einem Pumpkryostaten bei extrem niedrigen Temperaturen zu analysieren, spezifische Materialeigenschaften zu bestimmen und das Verhalten der Proben unter dem Einfluss starker Magnetfelder sowie bei unterschiedlichen Wärmeeinwirkungen zu erforschen.
- Grundlagen der Kryotechnik und Eigenschaften von Kryoflüssigkeiten
- Messung und Charakterisierung des elektrischen Widerstands bei tiefen Temperaturen
- Bestimmung der spezifischen Wärmekapazität von supraleitenden Materialien (Nb3Sn)
- Untersuchung der magnetischen Suszeptibilität und des Meissner-Ochsenfeld-Effekts
- Analyse des kritischen Magnetfelds und der Sprungtemperatur von Supraleitern
Auszug aus dem Buch
1. Zielstellung des Versuches
Die Supraleitung als physikalisches Phänomen wurde 1911 entdeckt und ist seitdem ein wichtiges Phänomen in der Tieftemperaturtechnik. Die Eigenschaft, dass beim Unterschreiten einer gewissen niedrigen Temperatur der elektrische Widerstand eines Materials auf null fällt, scheint zunächst verwunderlich.
Bei diesem Versuch werden wir verschiedene Supraleiter in einem Pumpkryostaten bei sehr niedrigen Temperaturen untersuchen. Wir werden uns mit den Geräten vertraut machen und einige Eigenschaften der Proben bestimmen. Außerdem untersuchen wir das Verschwinden der Supraleitung unter Anlegen eines starken Magnetfeldes.
Zusammenfassung der Kapitel
1. Zielstellung des Versuches: Dieses Kapitel erläutert die historische Einordnung der Supraleitung und beschreibt die experimentelle Aufgabenstellung zur Untersuchung von Proben in einem Kryostaten.
2. Fragen zur Vorbereitung: Hier werden theoretische Grundlagen zu Kryoflüssigkeiten, Thermodynamik, elektrischer Widerstandsmessung und den Mechanismen der Supraleitung (BCS-Theorie) in Frage-Antwort-Form behandelt.
3. Versuchsaufbau und Messtechniken: Der Abschnitt beschreibt die technische Ausstattung, inklusive des Pumpkryostaten, der verwendeten Temperatursensoren und der Lock-In-Verstärkertechnik.
4. Messprotokoll: Dieses Kapitel dokumentiert den praktischen Ablauf der Versuchsreihe, einschließlich der Vorbereitung und der Durchführung spezifischer Messungen am Kryostaten und an den Proben.
5. Auswertung: Hier werden die gewonnenen Messdaten analysiert, grafisch dargestellt und physikalisch interpretiert, wobei unter anderem Sprungtemperaturen und kritische Magnetfelder ermittelt werden.
6. Fazit: Das Kapitel schließt mit einer Zusammenfassung der physikalischen Erkenntnisse und einem Ausweis auf technische Anwendungsbereiche wie NMR-Tomographen und Fusionsreaktoren.
Schlüsselwörter
Supraleitung, Kryostat, Tieftemperaturphysik, elektrischer Widerstand, Nb3Sn, Sprungtemperatur, spezifische Wärmekapazität, Magnetfeld, Meissner-Ochsenfeld-Effekt, Phasendiagramm, Lock-In-Verstärker, Phononen, Cooper-Paare, Hysterese, Kryoflüssigkeit.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit?
Die Arbeit dokumentiert ein physikalisches Praktikum zur Untersuchung der Supraleitung bei tiefen Temperaturen.
Welche Themenfelder stehen im Zentrum?
Die Themenfelder umfassen die Kryotechnik, die Materialeigenschaften von Supraleitern und die Analyse von Phasenübergängen unter magnetischen Feldern.
Was ist die zentrale Forschungsfrage?
Das Ziel ist die Bestimmung von Materialeigenschaften wie der Sprungtemperatur und der spezifischen Wärmekapazität sowie die Charakterisierung des Verhaltens von Supraleitern im Kryostaten.
Welche wissenschaftlichen Methoden werden angewandt?
Es werden u.a. die 4-Punkt-Widerstandsmessung, die Lock-In-Verstärkertechnik und die Analyse von Phasendiagrammen verwendet.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in den technischen Versuchsaufbau, die Protokollierung der Messreihen und die anschließende mathematische und grafische Auswertung der Daten.
Welche Schlüsselbegriffe charakterisieren die Arbeit?
Wichtige Begriffe sind Supraleitung, Nb3Sn-Proben, Sprungtemperatur, kritische Magnetfelder und spezifische Wärmekapazität.
Warum wird im Versuch Helium als Kryoflüssigkeit verwendet?
Helium hat einen extrem niedrigen Siedepunkt von ca. 4K und ermöglicht durch das Anlegen eines Vakuums das Erreichen von Temperaturen bis in den Bereich von 1 Kelvin.
Was sind die Ursachen für die beobachtete Hysterese bei den Messungen?
Die Hysterese wird auf Inhomogenitäten in der Beschaffenheit der Proben sowie auf eine leichte zeitliche Verzögerung bei der Temperaturaufnahme durch das Thermometer zurückgeführt.
- Citation du texte
- Moritz Lehmann (Auteur), Niklas Stenger (Auteur), 2017, Supraleitung. Physikalisches Praktikum für Fortgeschrittene, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/378241
