对于一般超导体，如图所示
图2第Ⅰ类超导体临界磁场随温度的变化
在Tc以下，临界磁场Hc(T)随温度下降而增加。这种超导体称为第Ⅰ类超导体。
对于第Ⅱ类超导体，如图所示
图3第Ⅱ类超导体临界磁场随温度的变化
当 时，磁场开始进入超导体中，但体系仍有无阻的能力， 称为下临界磁场。当 ，磁场进入超导体越来越多，超导态逐渐转化为正常态， 称为上临界磁场。 区域的状态为混合态。高温超导体为第Ⅱ类超导体。
由图可见，实验测量中，在液氮正常沸点到室温温度范围内，硅二极管电阻与温度具有良好的线性关系，这与理论曲线是相符合的。通过记录室温下的硅二极管两端电压和标准电阻的电流，可算出室温下硅二极管电阻的值为5.116KΩ，电阻率随温度的下降而增大。需要指出的是，在温度降低到一定程度时，由于导线热胀冷缩，使得硅二极管断路，无法记录之后的数据，但线性关系还是很明显的。
4.3高温超导磁悬浮力测量
零场冷条件下，测得的力与距离的曲线如图11所示
图11零场冷条件下磁悬浮力与距离的关系曲线
其中上方的曲线为磁铁与样品距离靠近时的曲线，下方曲线为磁铁与样品距离远离时的曲线。根据演示实验，零场冷时，两者之间产生排斥作用。当距离较远时，超过作用力范围，因而无作用力，随着距离越来越小，斥力越来越明显。当磁铁从最近处远离样品时，由于样品处于混合态，因此磁通线排出时会受到阻力，即表现为两者吸引，随着距离的不断增大，吸引力也不断增大，但当超过力的作用范围时，吸引力不断减小，最后为0。
2.2电阻温度特性
2.2.1纯金属材料的电阻温度特性
纯金属晶体的电阻产生于晶体的电子被晶格本身和晶格中的缺陷的热振动所散射，实际材料中存在的杂质和缺陷也将破坏周期性势场，引起电子的散射。
铂金属与温度的关系在液氮正常沸点（77.4K）到室温温度范围（288.16K）内，具有良好线性。铂电阻温度计是符合13.8-630.74K温度范围的国际实用基准温度计。
2.1.4临界电流密度
当超导体通以电流时，无阻的超流态受到电流大小的限制，当电流达到某一临界值Ic后，超导体恢复到正常态。这个电流值为临界电流，相应电流密度为临界电流密度。
临界温度Tc，临界电流密度Jc和临界磁场Hc是超导体的三个临界参数。只要任何一个条件被破坏，超导体都会被破坏。
2.1.5实用超导体——非理想的第Ⅱ类超导体
只有体内组分均匀分布，不存在各种晶体缺陷，其磁化行为才完全可逆，称为理想第Ⅱ类超导体，反之，则为非理想第Ⅱ类超导体。
2.1.5.1磁通俘获和不可逆磁化
对于非理想第Ⅱ类超导体，当外磁场升到Hc1时，磁通线会进入到大块超导体中，通常当磁场去掉后，物质还残留一个俘获磁通。高温超导本质上就是非理想第Ⅱ类超导体，这意味着超导体是不均匀的，必然存在钉扎效应。
高温超导
摘要本实验利用铂温度计对温度标定，研究了高温超导体的电阻转变曲线，分别测得Tc,onset=101.36K，Tc=92.507K，Tc0=91.645K。通过对比铂、硅二极管、温差电偶的电阻转变曲线，可得在液氮正常沸点到室温温度范围内，电阻随温度的变化均呈良好线性。其中铂和温差电偶的电阻率随温度的降低而降低，硅二极管电阻率随温度的降低而升高。分别观测并测量了场冷和零场冷条件下的磁悬浮现象和磁悬浮力，由于俘获磁通的影响使现象不同。
图1超导体的电阻温度曲线
通常把降温过程中电阻温度曲线开始从直线偏离处的温度称为起始转变温度Tc,onset。临界温度Tc为待测样品电阻从起始转变处下降到一半时对应的温度，也称为超导转变的中点温度Tcm。转变宽度 定义为电阻变化10%到90%所对应的温度间隔。Tc0即零电阻温度定义为电阻刚刚完全降到零的温度。其中 的大小可反映材料品质的好坏。
2.3实验装置原理
2.3.1低温恒温器和不锈钢杜瓦容器
结构如图5所示
图5低温恒温器和杜瓦容器结构示意图（左）装置图（右）
装置目的是得到从液氮的正常沸点77.4K到室温温度范围内的任意温度。样品温度及降温速率的控制是靠在测量过程中改变低温恒温器在杜瓦容器内的位置来实现的。实验中用可调式定点液面指示计来使液氮面维持在紫铜圆筒底和下档板之间距离的1/2处。其中铂电阻温度计、硅二极管和温差点偶的测温端放在有样品的紫铜恒温块中，温差点偶的参考端浸没在液氮内。
通过对超导体电阻转变曲线的测量和磁悬浮现象的演示及测量，了解高温超导的原理和磁悬浮的原理。
2、原理
2.1超导现象、临界参数及实用超导体
2.1.1零电阻现象
当温度处于某一值时，样品电阻突然跌落到零的现象即为零电阻现象或超导电现象。但只有在直流的情况下才有零电阻现象。
超导临界温度的定义为，当电流、磁场及其他外部条件保持为零或不影响转变温度测量的足够低值时，超导体呈现超导态的最高温度。在用电阻法测量临界温度的实验中，如图所示
2.2.2半导体材料的电阻温度特性
本征半导体的电阻率 为
（1）
其中 为载流子浓度， 为迁移率。本征半导体的电阻率随温度上升而单调下降，这是半导体有别于金属的一个重要特征。
在恒定电流下，硅和砷化镓二极管的正向电压随温度的降低而升高，如图4所示
图4二极管PN结的正向电压温度关系
由图可知，在相当宽的温度范围内（包括液氮正常沸点到室温温度范围），具有较好的线性关系和较高的灵敏度。
2.3.2四引线测量法
图6四引线测量法示意图
为减小引线和接触电阻对测量的影响，每个电阻都采用四根引线，两根为电流引线，两根为电压引线。由于电压引线与样品的接点处在两根电流引线的接点之间，因此排除了电流引线与样品间接触电阻对测量的影响；又由于数字电压表输入阻抗很高，电压引线的引线电阻和与样品之间的接触电阻对测量的影响可忽略。待测样品的电阻 为
2.1.2 MEISSNER效应
MEISSNER效应指的是不管加磁场的次序如何，超导体内磁感应强度总等于零。即使超导体在外磁场中冷却到超导态，也永远没有内部磁场。
2.1.3临界磁场
把磁场加到超导体上之后，一定数量的磁场能量用来屏蔽电流的磁场以抵消超导体的内部磁场。当磁场达到某一值时，它在能量上更利于样品返回正常态，既破坏了超导电，通常我们把 对应的磁场成为临界磁场。
3.2高温超导磁悬浮演示
将超导样品放入液氮中，待液面稳定（可认为样品此时到达超导态）用强磁铁靠近样品，观察现象；将样品和磁铁用一张塑料薄纸隔开，再加入液氮，抽出薄纸，观察此时现象。
3.3高温超导磁悬浮力测量
首先对力（磁铁与样品无作用力）和距离（磁铁与样品最近处）定义零点。在无外磁场的条件下，将样品放入液氮中，待液面稳定后，改变磁铁与样品距离，得出零场冷下的测量曲线；再在磁铁靠近样品最近时，加入液氮，待液面稳定后，改变磁铁与样品距离，得出场冷下的测量曲线。
由上面的数据处理可知，铂、硅二极管、温差电偶在液氮正常沸点到室温温度范围内，电阻与温度都具有良好的线性关系，即三者都可以作为低温温度计进行使用，测温效果基本是相同的。
超导样品两端电压随温度的变化曲线如图10所示
图10超导样品电压随温度的变化曲线
由上所述，超导样品两端的电压与超导样品的电阻成正比，即其电压随温度的变化关系就是电阻随温度的变化关系。由图可见，实验测量中，在液氮正常沸点到室温温度范围内，超导体电阻随温度的变化曲线，与理论曲线是相符的。从图中可以读出超导样品的三个温度参数。Tc,onset=101.36K，Tc=92.507K，Tc0=91.645K。
2.2.2温差电偶的电阻温度特性
温差电偶测量温度的基本原理是温差效应。通常将一端（参考端）保持在一定的恒定温度，另一端（测量端）放于被测物体周围。在温差不太大的情况下，近似为：
（2）
a为温差系数，表示温差为1℃时的电动势，其大小取决于组成热电偶的材料；t0是参考端的温度，t是测量端的温度，可见温差电动势与测量端温度的关系在温差不太大的情况下是符合线性的。
温差电动势随温度的变化曲线如图9所示
图9温差电动势随温度的变化曲线
由图可见，实验测量中，在液氮正常沸点到室温温度范围内，温差电动势与温度同样具有良好的线性关系，这与公式（2）所描绘的线性关系是相符合的。可以看出，温差电动势随温度的变化关系没有前两种元件的线性关系好，原因在于实验中记录数据时，由于测量温差电偶与超导样品的电压表是同一个，导致测值时会有换挡的时间延迟，以致数据有一定的误差，另外，温差电动势与温度理论上也并不是呈严格线性关系，只是在一定温度范围内，近似为线性关系。但总体而言，温差电动势随温度呈线性变化的关系还是很明显的。
外磁场从零开始增加，当 时，超导体处在MEISSNER态；当 时，磁场以磁通量子形式进入超导体，缺陷阻碍磁通线的进入；同理，当H从 时开始下降时，由于磁通线受到阻力，不容易排出，因此俘获了部分磁通。
2.1.5.2钉扎力和钉扎效应
非理想第Ⅱ类超导体中俘获磁通是稳定的，说明涡旋线除了彼此之间的电磁力之外还存在另一种力，克服洛仑兹力，使涡旋线保持稳定。这个阻碍磁通线运动的力来自缺陷，这个力称为钉扎力，缺陷叫做钉扎中心。
图7铂两端电压随温度的变化曲线
由图可见，实验测量中，在液氮正常沸点到室温温度范围内，铂电阻与温度具有良好的线性关系，这与实际是相符合的。通过记录室温下的铂两端电压和标准电阻的电流，可算出室温下铂电阻的值为108.03Ω，电阻率随温度的下降而减小。
硅二极管两端电压随温度的变化曲线如图8所示
图8硅二极管两端电压随温度的变化曲线
关键词高温超导磁悬浮场冷零场冷
1、引言
1911年荷兰物理学家H.K.Onnes发现了低温超导体，拉开了关于超导研究的序幕。研究过程可分为以下三个阶段：1911年到1957年BCS超导微观理论问世，其核心是提出了库伯电子对概念作为产生超导电性的基础；1958年到1985年，强磁场超导材料的研制成功和约瑟夫森效应的发现，使超导技术在强场、超导电子学以及某些物理量的精密测量等实际应用中得到迅速发展；自1986年发现超导转变温度高于30K的超导材料后，各国科学家相继取得了突破性的进展。这些转变温度高于液氮温度的氧化物超导体又称为高温超导体。