Logo
Logo

MS3 - ВТСП

Оборудование
ОборудованиеКоличествоПримечание
1Коробочка из пенополистирола1Состоит из двух частей: основания и крышечки. В основании сделана выемка под размеры сверхпроводника.
2Сверхпроводник с катушкой из меди1Образец из $\rm YBCO$ в виде «таблетки» $20\times 5~$мм, на боковой поверхности которого намотана катушка из медной проволоки (количество витков $N=150$).
3Катушка из меди1Имеет такие же размеры и характеристики, как катушка, намотанная на сверхпроводник.
4Источник постоянного напряжения1 
5Мультиметр1 
6Пара проводов банан-крокодил2 
7Резистор $4.7~$Ом1 
8Микроконтроллер STM32 на макетной плате с USB-проводом1

Микроконтроллер должен иметь хотя бы один выход, поддерживающий ШИМ, и два аналоговых входа.

ШИМ-сигнал преобразуется в синусоидальный с помощью интегрирующей RC-цепочки, параметры: $R=51~$Ом, $C=1~$мкФ

9Секундомер1 
10Скотч1 
11Ножницы1 
12Жидкий азот в количестве $1~$л
13Термос1для жидкого азота, с крышкой
14Подставка под термос1 
15Теплоизолирующая крышка1По диаметру должна совпадать с диаметром крышки термоса.
16Ведёрко с водой1объём воды $1~$л
17Резистор $1~$кОм1 
18Ноутбук1 
Расходники, которые нужно закупить заранее
  • листы пенополистирола толщиной несколько сантиметров
  • медная проволока диаметром $0.1~$мм
  • резисторы $4.7~$Ом, $51~$Ом и $1~$кОм
  • конденсаторы $1~$мкФ
  • скотч
  • жидкий азот
Использование оборудования в практикуме
Подготовка оборудования перед выполнением работы
  • Коробочка должна быть обклеена скотчем со всех сторон, кроме места соединения основания с крышкой.
  • Кончики медной проволоки катушек должны быть зачищены.
  • Микроконтроллер STM32 крепится на макетной плате, к ШИМ-выходу подключена интегрирующая RC-цепочка, синусоидальное напряжение снимается с конденсатора. Два аналоговых входа, используемых для построения осциллограмм, отмечены и доступны для подключения.
  • На микроконтроллер необходимо загрузить код из файла «STM32.ino»
  • На ноутбук необходимо скачать код из файла «Oscilloscope.py»
  • В папку школьника нужно добавить таблицы «Specific heat capacity.xlsx», «Specific resistance.xlsx», «Tables.xlsx»
Возможные проблемы во время выполнения работы

При отсутствии обновляющихся в окне программы осциллограмм можно попытаться:

  • нажать кнопку Reset в окне программы
  • нажать кнопку Reset на микроконтроллере STM32
  • (опционально) перезапустить программу на ноутбуке
  • (опционально) заново загрузить код на микроконтроллер STM32
Подготовка оборудования во время пересменки
Во время пересменки нужно привести электронные таблицы в исходное состояние и долить жидкий азот.
Работа со школьниками
Чему школьник должен научиться в этой работе
  • работа с объектами при криогенных температурах
  • использование инструментов электронных таблиц для численных расчётов
  • работа с микроконтроллером
Перед началом работы

Необходимо проинструктировать школьников по технике безопасности при работе с жидким азотом.

  • Бережно относиться к наполненным ёмкостям, не сбивать и не переворачивать их.
  • Не допускать попадания жидкого азота на одежду и обувь.
  • Избегать необдуманных действий.

Также рекомендуется объяснить аспекты использования микроконтроллера STM32:

  • показать выход с ШИМ-сигналом и его преобразование в синусоидальный RC-цепочкой
  • отметить аналоговые входы, используемые для считывания данных при построении осциллограмм
  • сообщить, что все напряжения измеряются относительно уровня GND («земля»)
Изготовление оборудования
Список комплектующих для закупки
НаименованиеВажные замечанияКоличество
на установку
При пересменкеСсылка
1Сверхпроводник$20\times 5~$мм1 https://esolut.ru/production/superconductivity/superconducting-ceramics?ysclid=m91au6q3ho822189679
2Микроконтроллер STM32 1 https://amperkot.ru/products/plata_mikrokontroller_stm32f103c8t6_arm_stm32/24260785.html?ysclid=m91b06n1f0283251129
3Жидкий азот 1 литр