TOK ÇEŞMESINI ZYNJYR GURULÝAN PLATA BIRIKDIRMÄŇ.
Süperiletkenlik olgusu, 20. yüzyılın başında malzemelerin ultra düşük sıcaklıklara soğutulmasına yönelik teknolojilerin geliştirilmesiyle keşfedilmiştir. Zaman içinde, esasen kuantum mekanik yasalarının makroskopik düzeyde tezahürünü temsil ettiği için yaygın olarak bilinir hale geldi. Bu durumda gözlemlenen etkiler dünyanın günlük anlayışıyla çelişmektedir, bu nedenle süper iletkenlik sadece bilim, tıp ve mühendislikte değil aynı zamanda ilgili eğlence endüstrilerinde de kullanılmaktadır. Bununla birlikte, fenomenin popülerliğine rağmen, süperiletkenliğin hala tam ve tatmin edici bir teorik açıklaması yoktur. Günümüzde bilimsel araştırmalar devam etmekte, yeni süperiletken malzemeler (özellikle yüksek sıcaklık süperiletkenleri, bundan sonra HTS olarak anılacaktır) aranmakta ve deneysel gerçeklerin tamamını kapsayacak yeni teorik kavramlar geliştirilmektedir. Bu çalışmada, bir $\rm YBCO$ örneği kullanarak HTS'nin sıcaklık özelliklerini inceleyecek, süperiletken duruma geçişi gözlemleyecek ve süperiletkenlik teorisiyle yakından ilgili olan kritik alanın frekans bağımlılıklarını araştıracaksınız.
Suwuk azodyň gaýnama temperaturasy $T_\mathrm{LN_2}=77.4~К$
Ýörite kart bilen gözegçilerden termosa suwuk azody guýmagy haýyş edip bilersiňiz. Berlen suwuk azody seresaplyk bilen hem-de akylly ulanyň. Suwuk azot bilen ölçegleri geçirip gutaranyňyzdan soňra gözegçileri çagyryň: olar termosda galan suwuk azody başga gaba boşaldyp bererler.
Ölçemek üçin guty mümkin boldugyça izolýasiýa edilmeli we geçip bolmaýar!
Molekulýar kinetik teoriýadaky gaty jisim modeli, gaty jisimiň kesgitli şekil bilen häsiýetlendirilýän maddanyň halydygyny kabul edýär.
Statistiki fizikanyň usullary ulanylyp ideal kristalyň ýylylyk sygymy mukdar taýdan kesgitlenip bilner. Mikroskopik teoriýa görä, öz energiýasyna eýe bolan öz islendik jisim ýylylyk sygymyna goşant goşýar.
Erkin elektronly gaty jisimlerde iki görnüşli bölejikler bar: elektronlar we fononlar. Fononlar kristal gözenegiň yrgyldylaryny kesgitlemek üçin girizilen kwazibölejiklerdir. Kristalyň içindäki fononyň ýaýramagy, yrgylydy tolkunynyň ýaýramagydyr.
Peter Debye kristal gözenegiň yrgyldylarynyň gaty jisimleriň ýylylyk sygymyna goşandyny kesgitleýän teoriýany teklip etdi. Degişli deňleme aşakdaky ýaly aňladylýar:
\[
C\propto\left(\dfrac{T}{\Theta}\right)^3\int\limits_0^{\Theta/T}\dfrac{x^4e^x}{(e^x-1)^2}dx, \tag{1}
\]
bu ýerde $\Theta$ Debye temperaturasydyr. Bu temperatura berlen madda mahsusdyr. Öwrenilen temperatura diapazonyndaky bu nusganyň ýylylyk sygymyna beýleki ähli goşantlary hasaba alman bolar, şonuň üçin nusganyň umumy ýylylyk sygymyny diňe (1) deňleme arkaly beýan ederis.
Bu bölümde polistiren gutynyň içine ýerleşdirilen nusganyň temperaturasynyň, sowatma we gyzdyrma prosesleriniň dowamynda $t$ wagta baglylygyny ölçemeli.
Gurluşy kalibrlemek üçin mis ulanarys we $c_\mathrm{Cu}$ udel ýylylyk sygymynyň we $\rho_\mathrm{Cu}$ udel garşylygyň $T$ temperatura baglylygyny göz öňünde tutarys.
Misiň udel ýylylyk sygymynyň $c_\mathrm{Cu}$ temperatura $T$ baglylygy «Specific heat capacity.xlsx» faýlda ýazylandyr.
Misiň udel garşylygynyň $\rho_\mathrm{Cu}$ temperatura $T$ baglylygy «Specific resistance.xlsx» faýlda ýazylandyr.
Mis we $\rm YBCO$ gowy ýylylyk geçirijiligine eýe bolanlygy üçin gutynyň içindäki temperatura (ýöne diwarlarynda däl!) göwrüm boýunça hemişelik diýip hasap edip bileris. temperaturasy $T_\mathrm{in}$ bolan gutydan hemişelik temperaturasy $T_\mathrm{out}$ bolan daş töwerege $P$ ýylylyk ýitgisiniň kuwwaty aşakdaky depleme arkaly kesgitlenilýär:
\[
P=\alpha (T_\mathrm{in}) \cdot (T_\mathrm{in}-T_\mathrm{out})
\]
Indi bolsa $\alpha$-nyň $T_\mathrm{in}$ baglylygyny kesgitläliň. Mis tegegiň massasyny $M=0.79~\mathrm{g}$ deň diýip hasap ediň. Otag temperaturasyndaky kiçi mis sim bölejiginiň garşylygynyň, $T_\mathrm{LN_2}$ temperatura çenli sowadylan bütün tegegiň garşylygyna takmynan deň boljakdygyna üns beriň. Alligator gysgyçlaryň tegegiň simlerinden tötänleýin sypmagynyň öňüni alyň. Gaýtalanýan gysylmalar materialyň könelmegine we simiň döwülmegine sebäp bolup biler.
Şimdi süper iletken numunenin sıcaklığa bağımlılığını araştırabiliriz. Bakır koliyi kutudan çıkarın ve numuneyi oraya koyun. Kutuyu sıkıca kapatın.
Serinin süresi $20~\mathrm{min}$ olmalıdır.
«A5.xlsx» elektronik tablosunu doldurun ve cevap olarak gönderin. Elektronik tabloda $T_\mathrm{in}$ vs $t$ grafiği olmalıdır.
«A6.xlsx» elektronik tablosunu doldurun ve cevap olarak gönderin. Hesap tablosunda $T_\mathrm{in}$ vs $t$ grafiği olmalıdır.
1980'lerin sonunda HTSP'nin keşfi, süperiletkenliğin pratik uygulama olanaklarını genişletti, çünkü bu fenomeni sıvı nitrojenin $\rm LN_2$ kaynama noktasında gözlemlemek mümkün hale geldi. Oda sıcaklığında süperiletken özellikler sergileyen malzemelerin keşfi için beklentiler gerçekten çok büyüktür ve bilim ve teknolojinin önemli sayıda alanını kapsamaktadır. Örneğin, bu tür süperiletkenlerin bilgi işlem ve uzay teknolojisinde kullanılması performansta çoklu bir artış sağlayacak ve elektrik hatlarının yapımında kullanılması elektriğin taşınmasındaki kayıpları azaltacaktır. Ayrıca, yukarıda açıklanan özelliklere sahip malzemeler, hassas ölçümler yapmak için kullanılan sensörlerin cihazını önemli ölçüde basitleştirecektir.
Bu bölümde, bakır sargılı numune, HTS çekirdekli bir bobin olarak kullanılacaktır. Böyle bir bobinin endüktansı $L$, çekirdeğinin manyetik geçirgenliğine güçlü bir şekilde bağlıdır. Süperiletken durumlara geçişte manyetik geçirgenlik sıfır olur. Bu nedenle, numunenin normal ve süper iletken durumları arasındaki geçiş, küçük bir sıcaklık aralığında bobinin endüktansındaki çoklu bir değişiklikle kaydedilebilir.
Bobini $R_0$ direnci ile seri bağlayın. Sıvı nitrojenin kaynama sıcaklığına $T_\mathrm{LN_2}$ kadar soğutulmuş bobin kutuya yerleştirilir. Yavaş ısı değişimi nedeniyle ısınır ve ölçülen miktarlara dayanarak endüktansının $L(T)$ sıcaklığına bağımlılığını hesaplamayı mümkün kılar.
Şekil, bobin ve direncin seri bağlantısı devresinde osilogramları çizmek için kullanılan programın arayüzünü göstermektedir. İlk kanal tüm bağlantı boyunca gerilime, ikinci kanal ise direnç boyunca gerilime karşılık gelir. Ölçümlere başlamadan önce, doğru COM portunun seçildiğinden emin olun.
Programın ana unsurları:
1. Çalıştır/Durdur düğmesi - programı başlatır/durdurur.
2. Düğme Sıfırla - осуществляет сброс программы
3. Uygulanan sinyalin frekansını ve genliğini girmek için alanlar.
4. Sinyal frekanslarının mevcut değerlerinin yanı sıra iki kanalın genlik oranı ve faz kayması.
5. Kaydet/Durdur düğmesi - genlik oranının ve faz kaymasının zaman fonksiyonu olarak « record.xlsx » dosyasına kaydedilmesini etkinleştirir/sonlandırır.
6. Osilogramlar ile ölçeklenebilir alan.
7. Alan için kontrol paneli.
Not: Program düzgün çalışmazsa (örneğin, Çalıştır düğmesine basıldığında hiçbir osilogram görünmezse), program penceresindeki Sıfırla düğmesine basarak bir sıfırlama gerçekleştirin. Bu işlem yardımcı olmazsa, kartın üzerindeki Sıfırla düğmesine basın.
Dikkat: Kaydet/Durdur düğmesini kullanarak «record.xlsx» dosyasına yeniden kayıt yaparken, eski veriler silinecektir. Bunları kaydetmek için kayıt dosyasını yeniden adlandırın.
Frekans değişim aralığı: 110 - 2000
Genlik değişim aralığı: 0 - 100