超导低温热电势超导低温热电势.pdfVIP

高温超导材料的低温热电势 引言 热电效应是金属材料的基本物理现象之一。金属和合金的输运性质一直是人们关注的 研究的课题。长期以来主要集中于其电导行为的研究。自从 1978 年报道Nagel 指出测量材 料的热电势率是研究电子散射机理极其灵敏的方法后，近几年来热电势的研究已引起人们极 大的兴趣。自 1987 年高温超导材料发现以来，科学工作者对高温超导体的超导机制作了大 量的研究的工作，发现当超导材料在超导相转变为正常相时，许多物理特性都会发生很大的 变化。因此，热电势的测量也是科学工作者研究高温超导材料低温物性的重要手段之一。另 外，测量材料的热电势对探索和寻找新的热电材料也具有非常重要的实际意义。热电势率的 测量对基础研究和应用研究都具有重要的意义。 实验原理 （1）塞贝克效应 1821 年塞贝克发现在锑与铜两种材料组成的回路中，当两个触点处于不同的温度时， 在回路中就有电流通过。人们把产生这种的电动势叫做热电动势（见图一）。若两种材是均 匀的，那么热电动势的大小就与两个接触点温度有关，产生热电动势的原因主要由于：（a ） 两种金属逸出功不同；（b ）两种金属的电子密度不同。从而产生电子从一种金属穿过界面向 另一种金属的迁移，在接点处形成了接触电势，它与温度有关，在两接点温度不相同时，其 接触电动势的代数和不等于零。所产生的接触电势差就是热电动势。在两个接触点温度差不 大时热电势与温度差成正比：EAB=SAB ΔT ,式中EAB 为A ，B 两种材料所产生的热电动势； △T 为两接点之间的温度差，SAB 为A ，B 两种材料的相对热电动势，SAB 不仅取决于A,B 两 种材料的性能，也是温度的函数。 （2 ）温差电路的基本性质 温差电路具有如下的基本性质：（a ）只有温度梯度不可能在成分和组织结构均匀的同 种材料组成的闭合回路中维持温差电流; (b) 如果整个电路的所有接头处在同一温度下，则 任何不同的材料所组成的闭合回路的温差电动势都为零。因此可以推论，可以把第三种均匀 材料加到电路中，只要它的两端处在同样的温度下，就不会影响回路的总温差电动势。如图 二所示；（c ）两种均匀金属A 和B 组成的回路，温差电动势具有可加性： E （T ，T ）+ E （T ，T ）= E （T ，T ） 如图三所示。 AB 1 2 AB 2 3 AB 1 3 （3 ）温差热电偶的基本连接方法 根据温差电路的基本性质，温差热电偶一般可以采用如下的方法来连接，当测量某处 的温度T 时，可以采用图四（a ）所示的接法，其中T0 是参考温度，如果用一台仪器测量数 支温差热电偶的温差热电势，可以采用图四（b ）的接法。在上述电路中，温差热电偶线和 铜线相接的两个接头必须维持在同一个温度。 （4 ）热电势率的测量方法 测量材料的热电势率常用的方法有两种：积分法和微分法。用积分法测量只要把试样X 与某一参考材料A （低于室温，常用纯铅做参考材料）的一端相焊，组成热电偶的测两端， 插入恒温块中。试样与参考材料 A 的另一端与铜线相焊接，组成热电偶的参考端，与液池 保持良好的热接触，使之与液池的温度 T0 保持不变。逐渐提高恒温快的温度 T ，测量积分 T 热电势E AX S AX dT 与温度T 的关系，然后求微分也可以得到热电势率SAXE/T 。若已知 T 0 参考材料A 的绝对热电势率S ，便可由S =S -S 求得试样X 的绝对热电势率S 。微分法 A AX X A X 测热电势率的原理图如图六所示。试样X 两端分别于温度为T1 和T2 的恒温块C 和D 保持 良好的热接触，C，D 之间的温度差ΔTT 和T ，测量样品X 与参考材料A 之间的热电势 1 2 ΔE 和温度差ΔT，则可由公式ΔE =S ΔT 求得S 。为确保S 为某一温度T 的热电势率， AX AX