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
- Zielstellung des Versuches
- Fragen zur Vorbereitung
- a) „Was sind die wichtigsten Unterscheidungsmerkmale der Kryoflüssigkeiten Flüssigstickstoff und Flüssighelium? Vergleichen Sie diese Parameter mit Wasser.”
- b) „Wie sehen jeweils die Zusammenhänge Dampfdruck und Verdampfungswärme als Funktion der Temperatur aus?”
- c) „Betrachten Sie die verschiedenen Wärmequellen in Gl. (2). Wie können die einzelnen Beiträge minimiert werden? Kann man nach einer Optimierung prinzipiell beliebig kleine Temperaturen erreichen?”
- d) „Welchen Vorteil bringt die R-Messung mit Wechselstrom und Lock-In Verstärker gegenüber der Gleichstrommessung?”
- e) „Wodurch wird der elektrische Widerstand eines Metalls bestimmt? Wie variiert er mit der Temperatur? Warum wird er unterhalb von 10 K nahezu temperaturunabhängig?”
- f) „Nennen Sie Methoden zur Temperaturmessung bei tiefen Temperaturen.”
- g) „Nennen Sie Kriterien zur Auswahl eines geeigneten Thermometers und der besten Messmethode.”
- h) „Warum wird in diesem Versuch statt eines Pt-100 Widerstandes ein Germanium-Widerstand zur Temperaturmessung verwendet?”
- i) „Beschreiben Sie den Meissner-Ochsenfeld-Effekt bzw. den Unterschied zwischen einem idealen Leiter (p = 0) und einem Supraleiter (p = 0 und x = -1).”
- j) „Wodurch unterscheiden sich Supraleiter 1. und 2. Art? Nennen Sie typische Vertreter.”
- k) „Welche Rolle spielen die Phononen bei der Supraleitung?”
- l) „Welche Einzelphänomene tragen zur spezifischen Wärme bei?”
- m) „Erklären Sie die beiden wichtigsten Messmethoden zur Bestimmung der spezifischen Wärme.”
- Versuchsaufbau und Messtechniken
- Messprotokoll
- Auswertung
- Fazit
- Quellenverzeichnis
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Dieses Praktikum befasst sich mit dem Phänomen der Supraleitung. Der Versuch zielt darauf ab, verschiedene Supraleiter in einem Pumpkryostaten bei sehr niedrigen Temperaturen zu untersuchen, um ein besseres Verständnis für die Eigenschaften und das Verhalten dieser Materialien zu gewinnen.
- Eigenschaften von Supraleitern
- Verhalten von Supraleitern bei niedrigen Temperaturen
- Messtechniken und Analyse von Supraleitern
- Der Meissner-Ochsenfeld-Effekt
- Die BCS-Theorie
Zusammenfassung der Kapitel
Zielstellung des Versuches
Das Dokument erläutert die Bedeutung der Supraleitung in der Tieftemperaturtechnik und beschreibt die Ziele des Versuchs. Es werden die zu untersuchenden Supraleiter und die Messmethoden vorgestellt, die während des Versuchs angewendet werden sollen.
Fragen zur Vorbereitung
Die Vorbereitung des Versuchs beinhaltet die Beantwortung von Fragen zu den Eigenschaften von Kryoflüssigkeiten, dem Dampfdruck und der Verdampfungswärme, den Wärmequellen im Kryostaten und deren Minimierung, den Vorteilen der Wechselstrommessung mit einem Lock-In-Verstärker, der Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstands, Methoden zur Temperaturmessung bei tiefen Temperaturen, Kriterien zur Auswahl eines geeigneten Thermometers und der Meissner-Ochsenfeld-Effekt.
Versuchsaufbau und Messtechniken
In diesem Abschnitt wird der Aufbau des verwendeten Pumpkryostaten, die Messgeräte und die Technik zur Erzeugung und Messung von niedrigen Temperaturen im Detail beschrieben.
Messprotokoll
Hier werden die einzelnen Schritte für die Vorbereitung des Versuchsaufbaus erläutert.
- Arbeit zitieren
- Moritz Lehmann (Autor:in), Niklas Stenger (Autor:in), 2017, Supraleitung. Physikalisches Praktikum für Fortgeschrittene, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/378241
