3 Parameter begrenzen die Supraleitung: zu hohe Temperatur, zu hohes Magnetfeld, zu hoher Strom (Mikrovoltkriterium: kritische Stromdichte ist 1 µV/cm)
Kryostat: doppelwandiges Glasgefäß mit evakuierter und verspiegelter Wand; hat ein äußeres und ein inneres Gefäß (außen: mit flüssigem Stickstoff gefüllt, innen: mit flüssigem Helium gefüllt)
3 Arten der Wärmeübertragung:
Konvektion (Wärmetransport durch Massentransport; wird durch Vakuum in Wand unterbunden - wo keine Teilchen sind, können sie auch keine Wärme transportieren)
Wärmeleitung (Wärmetransport durch Elektronen, elastische Stöße bzw. Phononen; wird durch Vakuum unterbunden)
Wärmestrahlung (Wärmetransport durch Infrarotstrahlung; wird durch Verspiegelung unterbunden)
Grund, dass mit Stickstoff vorgekühlt wird: Wärmestrahlung steigt mit exp(T4), d.h. Temperaturgradient wäre zu hoch; außerdem ist Helium teuer (flüssiges Helium kostet so viel wie ein guter Schnaps)
elektrischer Widerstand: steigt bei Normalleitern linear mit der Temperatur; ist bei Normalleitern auch bei 0 K ungleich 0, weil zwar keine Phononenbewegung vorhanden ist, aber Streuung der Elektronen an Gitterdefekten passieren kann. Bei Supraleitung ist der Widerstand unterhalb der Sprungtemperatur 0.
Vierpunkt-Messmethode: Wenn man sehr kleine Widerstände messen will (durch Messung des Spannungsabfalls), kann man die Kontaktwiderstände nicht vernachlässigen (wohl aber die Zuleitungen zum Messgerät, weil dieses sehr hochohmig ist und daher kaum Strom darüber fließt, über die Kontaktwiderstände fließt dagegen viel Strom). Daher schließt man das Messgerät an der Probe innerhalb der Kontaktstellen an (dass man dabei eine andere Strecke am Widerstand misst als der eigentliche Strom fließt, spielt kaum eine Rolle).
Magnetisierung: -µ0 M = Baußen - Binnen
Das
Innere eines Supraleiters ist feldfrei (Binnen = 0),
d.h. die Magnetisierungskurve steigt linear (Steigung 1) an bis zur
kritischen Feldstärke, wo die Supraleitung zusammenbricht und
die Magnetisierung 0 wird.
In der Praxis beginnt aber die
Magnetisierung schon vorher zu fallen, bevor sie bei der kritischen
Feldstärke Null erreicht. Grund: der feldfreie Supraleiter
deformiert das äußere Magnetfeld und quetscht die
Feldlinien somit zusammen. D.h. das Magnetfeld ist nicht mehr
homogen, sondern an manchen Stellen stärker, und dort wird
daher die kritische Feldstärke eher erreicht (sog. „effektive
kritische Feldstärke“) - von dort an fällt die
Magnetisierung, bis die Feldstärke überall den kritischen
Wert erreicht hat und die Magnetisierung 0 ist.
Messung der Temperatur beim Versuch: durch Druckmessung; hier verhält sich Helium nicht mehr wie ein ideales Gas, sondern man muss die Temperatur aus der Dampfdruckkurve berechnen. Achtung: etwas warten, bis sich ein Gleichgewicht eingestellt hat! Ist die Temperatur zu tief, kann man sie kaum erhöhen.
Praktikums-PC: Username „Praktikum“, Passwort „ybco“ (nach dem Hochtemperatur-Supraleiter YBa2Cu3Ox)