本发明专利技术涉一种能演示超导磁悬浮现象的实验仪器，主要用于演示超导磁悬浮现象，主要包括超导环、磁导轨、保温容器、保温材料、隔离片、镊子和砝码组。超导环是用高温超导闭合线圈制成的。演示时超导环在磁导轨上悬浮，并能在较小的外力下水平往复运动，还可以是倒悬浮于磁导轨下进行往复运动。本实验仪器还可采用高温超导环、永磁块组成的磁导轨以及砝码来进行磁悬浮力测试实验，通过在超导环或超导块上放置砝码来定量的测量磁悬浮力。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉一种能演示超导磁悬浮现象的实验仪器，主要用于演示超导磁悬浮现象，主要包括超导环、磁导轨、保温容器、保温材料、隔离片、镊子和砝码组。超导环是用高温超导闭合线圈制成的。演示时超导环在磁导轨上悬浮，并能在较小的外力下水平往复运动，还可以是倒悬浮于磁导轨下进行往复运动。本实验仪器还可采用高温超导环、永磁块组成的磁导轨以及砝码来进行磁悬浮力测试实验，通过在超导环或超导块上放置砝码来定量的测量磁悬浮力。【专利说明】一种可演示超导磁悬浮现象以及测试磁悬浮力的实验仪器
本专利技术涉及一种教学仪器，尤其涉及一种能演示超导磁悬浮现象的实验仪器。
技术介绍
超导现象是指某种材料在低于某一温度(称为超导转变温度Tc)时，电阻变为零的现象。首个超导体发现在1911年，它被称为低温超导体，只有被冷却到零下269°C (4K)才能显示出超导性。由于达到这样低的温度的成本极其昂贵，因此这类超导体的实际应用是有限的。1986年，高温超导(HTSC)的发现，使得在超导领域中出现了一个关键性的突破。由于冷却条件和成本是及其低廉的，因此HTSC是具有实际应用价值的。超导体具有许多特性，其中最主要的是零电阻现象和完全抗磁性现象(迈斯纳效应)。超导体零电阻效应:目前，普遍使用的B1-2223/Ag和YBCO超导线材Tc高于液氮沸点，属于高温超导材料。这种导线在超导态下的电阻率与铜导线在温度为20°C时的电阻率相差1.75万倍。从理论上讲，在保持外界条件不变情况下，超导材料中的电流可以几乎不发生衰减。超导体的完全抗磁性:当把超导体置于外加磁场时，磁通不能穿透超导体，而使其体内的磁感应强度始终保持为零，超导体的这个特性又称为迈斯纳(Meissner)效应。超导体的磁通钉扎效应:在某类超导体中，导体内部晶体缺陷与磁通线(由外磁场激发)之间的相互作用力能阻滞磁通线的自由运动，叫做对磁通线的钉扎力。晶体缺陷叫做钉扎中心。完全抗磁性和零电阻效应是超导材料的两个主要特征。当超导体处于外磁场中时，由于抗磁性和磁通钉扎效应的作用，在超导体内部将感应出屏蔽电流，又由于零电阻效应所致，屏蔽电流几乎不随时间衰减。在超导体内持续流动的屏蔽电流产生的磁场与外磁场发生相互作用，从而产生超导磁悬浮现象。现有可使用的SML-1I超导磁悬浮力测量实验仪，该装置可验证超导体的完全抗磁性特性，显示超导体排斥磁通的能力，测量排斥力大小与距离的关系，该装置存在两个不足:I)被测对象容易损坏由于该装置使用的是超导块材，即YBaCuO块材，在测量中，需要使用肉眼观察超导块材和磁块之间的距离，因此容易发生超导块材和磁块之间挤压，造成被测对象损坏的缺点。2)成本较高该测量装置，需要精密调节被测对象与磁块的距离，同时利用传感器和数据采集器，因此成本较高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种实验效果明显，既可以直观的演示超导磁悬浮现象，又可以定量的测试磁悬浮力的实验仪器。超导体的主要特性迈斯纳效应一是由W.Meissner在1933年发现的。当超导体在弱磁场下冷却到其临界温度以下时，超导体进入超导态——其电阻为零。磁力线被从超导体内部排出，从而超导体表现出完全抗磁性，即迈斯纳效应。纯粹的迈斯纳效应只有在弱磁场下才能观察到。如果使用的是高温超导体(属于可以通过强磁场的一类超导体)情况更加复杂。在强磁场下，磁力线只有一部分被排出，一部分磁通穿过超导体，使用液氮作为冷却剂将超导体冷却至临界温度下，可以很容易地演示迈斯纳效应。本实验仪器利用液氮作为冷却剂将超导体冷却到临界温度下，可以容易地演示磁力线被排出的现象，在进行超导磁悬浮演示实验时可以很明显的验证超导体的特性——迈斯纳效应。超导磁悬浮现象是超导体在外磁场下冷却发生的。先放入磁块再冷却超导环，这种冷却方式称为场冷。在没有外磁场情况下冷却超导环，这种冷却方式称为零场冷。在两种不同的冷却方式下，超导环将表现不同的抗磁性。对于第二类超导体，强磁场可以穿透超导体并且被晶体的缺陷和晶界所俘获——即磁通钉扎效应。如果超导环在临近的外部磁场中被冷却至临界温度以下，超导体就会把磁块产生的磁通俘获在其内部。这样就会产生吸力和斥力来阻碍磁块和超导体之间相互位置的改变。即可以把磁块锁在超导体附近空间的某个位置效应。本装置就是利用超导体的钉扎效应而进行的超导环磁悬浮演示。本专利技术的实验仪器是一种能示范超导特性的教学仪器，主要用于演示超导磁悬浮现象，主要包括超导环、磁导轨、保温容器、保温材料、隔离片、镊子和砝码组。本实验仪器中的超导环是用高温超导闭合线圈制成的，并且该闭合线圈是由高温超导线材绕制成的，所述的超导线材可以是B1-2223超导线材或覆膜的YBCO系列的第二代高温超导线材中的任何一种。所述闭合线圈的连接可以是采用超导连接或是焊接形成闭合回路，连接长度为3?10cm。所述的闭合线圈可以是绕成双饼、单饼、多个双饼或者螺线管的形式。该闭合线圈可以绕成多圈，线圈的用线长度为1.5-5m。该闭合线圈在制作时使用环氧树脂进行固化。所述的保温容器由较好的绝热材料制成的，绝热材料可以是泡沫或海绵，保温容器也可以是真空隔热容器。本实验仪器中的磁导轨采用永磁体和镀锌铁板组成，永磁体粘附在镀锌铁板上，永磁体排列方式可以是单磁极排列或双磁极排列。镀锌铁板的长度为40-120cm、厚度为0.2-0.5cm、宽度为3_4cm。永磁体可以是合金永磁材料或者是铁氧体永磁材料,优选钕铁硼磁体；永磁体可以是方形或长方形，永磁体的长度为l_5cm、宽度为l-3cm、厚度为l_3cm。超导环可以使用易吸附液氮的保温材料进行包覆，可以用纺织品包覆，可以是棉布、麻布、毛线、化纤材料或聚乙烯材料，以此吸附一定量的液氮，使得线圈在脱离液氮环境的一定时间内维持超导态，从而保证实验的持续和稳定。若演示时超导环是放置在泡沫保温容器中，则超导环可以不进行包覆。本实验仪器可直观的演示超导体的完全抗磁性特性，演示时超导环在磁导轨上悬浮，并能在较小的外力下水平往复运动，还可以是倒悬浮于磁导轨下进行往复运动。本实验仪器还可对超导体的磁悬浮力进行定量测量，通过实验可很直观了解超导体的基本特性以及它的应用价值。在演示超导环磁悬浮实验时，采用高温超导环和永磁块组成的磁导轨来完成磁悬浮实验，其效果比使用普通的固体超导块所做的传统超导磁悬浮实验效果更明显、更稳定。在演示超导磁悬浮实验时，可以采用把包覆有保温材料超导环在保温容器中用液氮冷却，待超导环达到超导状态后，直接放在磁导轨上，调整位置，以使超导环平面与导轨基本平行，这时超导环悬浮在磁导轨上方。也可以将磁导轨倒置放置，使超导环紧贴在磁导轨表面，这时超导环悬挂在磁导轨下方。在演示场冷下的磁悬浮时，需要隔离片将超导环和磁导轨隔离。实验时，在磁导轨上放上隔离片，将超导环置于保温容器中一起放置在隔离片上，把液氮倒入保温容器中冷却超导环，待超导环达到超导态后，取走隔离片，从而可实现保温容器和超导环的整体的悬浮。所述的隔离片采用非磁性、具有隔热性能的材料，可以是环氧树脂板或树脂板，厚度0.5mm-5mm0在实验时，由于超导环可以使用易吸附液氮的保温材料进行包覆，使得超导环维持超导态的时间可达1-10分钟，从而保证实验的持续和稳定。目前，定量测量超导悬浮力的装置本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种能演示超导磁悬浮特性的教学仪器，包括超导环、磁导轨和保温容器，其特征在于所述的超导环是用高温超导闭合线圈制成的。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张强，
申请(专利权)人：北京英纳超导技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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