本發(fā)明涉及實(shí)驗(yàn)室設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種超導(dǎo)材料釘扎效應(yīng)的演示儀器及使用方法。

背景技術(shù)：

超導(dǎo)材料是一種具有在一定溫度下電阻為零，且完全抗磁性的特點(diǎn)的特殊材料。超導(dǎo)材料中由于各種缺陷、雜質(zhì)等對磁感應(yīng)線具有類似釘子扎住一樣的力的作用，這種力稱為釘扎力，這種現(xiàn)象稱為超導(dǎo)材料的釘扎效應(yīng)。

在物理學(xué)的教學(xué)過程中，常常需要對物理現(xiàn)象進(jìn)行演示說明?，F(xiàn)有的演示超導(dǎo)材料的釘扎效應(yīng)的演示儀器是利用超導(dǎo)材料的完全抗磁性制作而成的演示儀器，其僅僅演示了超導(dǎo)材料在強(qiáng)磁鐵上的懸浮，并沒有明顯的對釘扎效應(yīng)在宏觀上的演示，使得做實(shí)驗(yàn)的人不能直觀地感受到超導(dǎo)材料的釘扎效應(yīng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了改善現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供了一種超導(dǎo)材料釘扎效應(yīng)的演示儀器及使用方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的現(xiàn)有的演示超導(dǎo)材料的釘扎效應(yīng)的演示儀器是利用超導(dǎo)材料的完全抗磁性制作而成的演示儀器，其僅僅演示了超導(dǎo)材料在強(qiáng)磁鐵上的懸浮，并沒有明顯的對釘扎效應(yīng)在宏觀上的演示，使得做實(shí)驗(yàn)的人不能直觀地感受到超導(dǎo)材料的釘扎效應(yīng)的技術(shù)問題。

在本發(fā)明的實(shí)施例中提供了一種超導(dǎo)材料釘扎效應(yīng)的演示儀器，所述超導(dǎo)材料釘扎效應(yīng)的演示儀器包括有超導(dǎo)線圈、強(qiáng)磁鐵以及懸掛線；所述超導(dǎo)線圈包括有圓環(huán)型的支架和圍繞設(shè)置在所述支架上的超導(dǎo)材料，所述超導(dǎo)線圈包括有內(nèi)環(huán)和外環(huán)；所述懸掛線將所述超導(dǎo)線圈懸掛起來，使得所述超導(dǎo)線圈懸浮于空中；所述強(qiáng)磁鐵的橫截面積投影小于所述超導(dǎo)線圈的內(nèi)環(huán)的橫截面積投影，所述強(qiáng)磁鐵位于所述超導(dǎo)線圈的內(nèi)環(huán)內(nèi)。

優(yōu)選地，所述超導(dǎo)材料釘扎效應(yīng)的演示儀器包括有液氮溶液，所述液氮溶液用于浸泡所述超導(dǎo)線圈。

優(yōu)選地，所述超導(dǎo)材料釘扎效應(yīng)的演示儀器包括有低溫保存裝置，所述低溫保存裝置用于保存所述液氮溶液。

優(yōu)選地，所述超導(dǎo)材料釘扎效應(yīng)的演示儀器還包括容器，所述容器包括有第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽設(shè)置于第二凹槽的內(nèi)部；所述第一凹槽用于放置所述強(qiáng)磁鐵；所述第二凹槽用于放置液氮溶液和所述超導(dǎo)線圈。

優(yōu)選地，所述容器為圓柱型，所述第一凹槽為設(shè)置于所述容器中間的圓柱型凹槽；所述第二凹槽為圓環(huán)型凹槽，所述第二凹槽包括有內(nèi)環(huán)和外環(huán)，所述第一凹槽位于所述第二凹槽的內(nèi)環(huán)內(nèi)部。

優(yōu)選地，所述容器為泡沫材料制成。

優(yōu)選地，所述超導(dǎo)材料釘扎效應(yīng)的演示儀器包括有固定架，所述固定架的高度高于所述容器的高度，所述固定架用于固定所述懸掛線。

優(yōu)選地，所述懸掛線的材質(zhì)為絲綢。

優(yōu)選地，所述懸掛線的數(shù)量為3個(gè)。

在本發(fā)明的實(shí)施例中還提供了上述的超導(dǎo)材料釘扎效應(yīng)的演示儀器的使用方法，包括以下步驟：

s1.將超導(dǎo)線圈放入液氮溶液中浸泡至所述超導(dǎo)線圈處于超導(dǎo)狀態(tài)；

s2.將所述超導(dǎo)線圈懸掛起來，使得強(qiáng)磁鐵隨著所述超導(dǎo)線圈懸浮起來；

s3.使用者用手向下拉所述強(qiáng)磁鐵，感受釘扎力的作用。

本發(fā)明提供的超導(dǎo)材料釘扎效應(yīng)的演示儀器，所述超導(dǎo)材料釘扎效應(yīng)的演示儀器包括有超導(dǎo)線圈、強(qiáng)磁鐵以及懸掛線；所述超導(dǎo)線圈包括有圓環(huán)型的支架和圍繞設(shè)置在所述支架上的超導(dǎo)材料，所述超導(dǎo)線圈包括有內(nèi)環(huán)和外環(huán)；所述懸掛線將所述超導(dǎo)線圈懸掛起來，使得所述超導(dǎo)線圈懸浮于空中；所述強(qiáng)磁鐵的橫截面積投影小于所述超導(dǎo)線圈的內(nèi)環(huán)的橫截面積投影，所述強(qiáng)磁鐵位于所述超導(dǎo)線圈的內(nèi)環(huán)內(nèi)。在使用本發(fā)明提供的超導(dǎo)材料釘扎效應(yīng)的演示儀器進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)時(shí)，將強(qiáng)磁鐵放置在超導(dǎo)線圈的內(nèi)環(huán)內(nèi)；使用懸掛線將處于超導(dǎo)狀態(tài)的超導(dǎo)線圈懸掛起來，使得超導(dǎo)線圈的高度慢慢提高，此時(shí)可以觀察到位于超導(dǎo)線圈內(nèi)環(huán)內(nèi)的強(qiáng)磁鐵隨著超導(dǎo)線圈懸浮起來，實(shí)驗(yàn)人員可以用手向下拉扯強(qiáng)磁鐵，可以感受到很強(qiáng)的釘扎力的作用，以實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)材料釘扎效應(yīng)在宏觀上的體現(xiàn)和感受。與現(xiàn)有的超導(dǎo)材料的釘扎效應(yīng)的演示儀器相比，本發(fā)明提供的超導(dǎo)材料釘扎效應(yīng)的演示儀器不僅僅演示了超導(dǎo)材料在強(qiáng)磁鐵上的懸浮，并且使得實(shí)驗(yàn)人員能夠直觀地感受到釘扎效應(yīng)的釘扎力的作用。

本發(fā)明提供的超導(dǎo)材料釘扎效應(yīng)的演示儀器的使用方法，首先將所述超導(dǎo)線圈放入液氮溶液中浸泡5分鐘以上即可使得超導(dǎo)線圈處于超導(dǎo)狀態(tài)；再將所述超導(dǎo)線圈懸掛起來，使得所述位于超導(dǎo)線圈內(nèi)環(huán)內(nèi)的強(qiáng)磁鐵隨著所述超導(dǎo)線圈懸浮起來；最后使用者用手向下拉所述強(qiáng)磁鐵，感受釘扎力的作用。與現(xiàn)有的超導(dǎo)材料的釘扎效應(yīng)的使用方法相比，本發(fā)明提供的超導(dǎo)材料釘扎效應(yīng)的演示儀器的使用方法不僅僅演示了超導(dǎo)材料在強(qiáng)磁鐵上的懸浮，并且使得實(shí)驗(yàn)人員能夠直觀地感受到釘扎效應(yīng)的釘扎力的作用。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施方式，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明提供的超導(dǎo)材料釘扎效應(yīng)的演示儀器的第一種結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明提供的超導(dǎo)材料釘扎效應(yīng)的演示儀器的第二種結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明提供的超導(dǎo)材料釘扎效應(yīng)的演示儀器的容器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明提供的超導(dǎo)材料釘扎效應(yīng)的演示儀器的容器的剖視圖。

圖標(biāo)：1－超導(dǎo)材料釘扎效應(yīng)的演示儀器；10－超導(dǎo)線圈；20－強(qiáng)磁鐵；30－懸掛線；40－容器；400－第一凹槽；410－第二凹槽；50－固定架。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術(shù)語如出現(xiàn)“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等，其所指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，如出現(xiàn)術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“連通”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

本發(fā)明提供一種超導(dǎo)材料釘扎效應(yīng)的演示儀器1及使用方法，并給出其實(shí)施方式。

如圖1所示，本發(fā)明提供的超導(dǎo)材料釘扎效應(yīng)的演示儀器1，超導(dǎo)材料釘扎效應(yīng)的演示儀器1包括有超導(dǎo)線圈10、強(qiáng)磁鐵20以及懸掛線30；超導(dǎo)線圈10包括有圓環(huán)型的支架和圍繞設(shè)置在支架上的超導(dǎo)材料，超導(dǎo)線圈10包括有內(nèi)環(huán)和外環(huán)；懸掛線30將超導(dǎo)線圈10懸掛起來，使得超導(dǎo)線圈10懸浮于空中；強(qiáng)磁鐵20的橫截面積投影小于超導(dǎo)線圈10的內(nèi)環(huán)的橫截面積投影，強(qiáng)磁鐵20位于超導(dǎo)線圈10的內(nèi)環(huán)內(nèi)。在使用本發(fā)明提供的超導(dǎo)材料釘扎效應(yīng)的演示儀器1進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)時(shí)，將強(qiáng)磁鐵20放置在超導(dǎo)線圈10的內(nèi)環(huán)內(nèi)；使用懸掛線30將處于超導(dǎo)狀態(tài)的超導(dǎo)線圈10懸掛起來，使得超導(dǎo)線圈10的高度慢慢提高，此時(shí)可以觀察到位于超導(dǎo)線圈10內(nèi)環(huán)內(nèi)的強(qiáng)磁鐵20隨著超導(dǎo)線圈10懸浮起來，實(shí)驗(yàn)人員可以用手向下拉扯強(qiáng)磁鐵20，可以感受到很強(qiáng)的釘扎力的作用，以實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)材料釘扎效應(yīng)在宏觀上的體現(xiàn)和感受。與現(xiàn)有的超導(dǎo)材料的釘扎效應(yīng)的演示儀器相比，本發(fā)明提供的超導(dǎo)材料釘扎效應(yīng)的演示儀器1不僅僅演示了超導(dǎo)材料在強(qiáng)磁鐵20上的懸浮，并且使得實(shí)驗(yàn)人員能夠直觀地感受到釘扎效應(yīng)的釘扎力的作用。

超導(dǎo)線圈10可以氧化釔鋇銅超導(dǎo)材料制成。以氧化釔鋇銅超導(dǎo)材料是首個(gè)超導(dǎo)溫度在77k以上的材料，也就是說它的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度高于液氮的沸點(diǎn)(77k)，用相對便宜的液氮就可以冷卻；之前發(fā)現(xiàn)的超導(dǎo)體都必須用液氦(4.2k)或液氫冷卻(20k)。因此，氧化釔鋇銅超導(dǎo)材料更加適合實(shí)驗(yàn)操作。

超導(dǎo)材料釘扎效應(yīng)的演示儀器1包括有液氮溶液，液氮溶液用于浸泡超導(dǎo)線圈10。超導(dǎo)材料是指具有在一定的低溫條件下呈現(xiàn)出電阻等于零以及排斥磁力線的性質(zhì)的材料。因此，在實(shí)驗(yàn)開始之前，實(shí)驗(yàn)人員可以將超導(dǎo)線圈10浸泡在液氮溶液中，以使得超導(dǎo)線圈10處于低溫條件下，從而使得超導(dǎo)線圈10處于超導(dǎo)狀態(tài)。

超導(dǎo)材料釘扎效應(yīng)的演示儀器1包括有低溫保存裝置，低溫保存裝置用于保存液氮溶液。設(shè)置低溫保存設(shè)備的目的在于，更好的保存液氮溶液，并且使得液氮溶液一直處于低溫狀態(tài)。具體地，低溫保存裝置可以為杜瓦瓶。杜瓦瓶是儲(chǔ)藏液態(tài)氣體，低溫研究和晶體元件保護(hù)的一種較理想容器40和工具。

如圖2－圖4所示，超導(dǎo)材料釘扎效應(yīng)的演示儀器1還包括容器40，容器40包括有第一凹槽400和第二凹槽410，第一凹槽400設(shè)置于第二凹槽410的內(nèi)部；第一凹槽400用于放置強(qiáng)磁鐵20；第二凹槽410用于放置液氮溶液和超導(dǎo)線圈10。使用本發(fā)明提供的超導(dǎo)材料釘扎效應(yīng)的演示儀器1做實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先將容器40放置在平整的桌面上，將強(qiáng)磁鐵20放到容器40的第一凹槽400中，并置于桌面上；將超導(dǎo)線圈10放到容器40的第二凹槽410內(nèi)，并置于最底部，將懸掛線30的一端固定在高處上，另一端固定在超導(dǎo)線圈10上，以便提拉超導(dǎo)線圈10；將液氮溶液倒入容器40的第二凹槽410內(nèi)，并使得液氮溶液液面稍高于超導(dǎo)線圈10的頂部，等待5分鐘；提拉懸掛線30，將超導(dǎo)線圈10從容器40中提出；此時(shí)實(shí)驗(yàn)人員可以觀察到，強(qiáng)磁鐵20隨著超導(dǎo)線圈10懸浮起來，并且由于強(qiáng)磁鐵20的大小小于述超導(dǎo)線圈10的內(nèi)環(huán)的大小，可以明顯的看到懸浮現(xiàn)象；最后實(shí)驗(yàn)人員可以用手向下拉扯強(qiáng)磁鐵20，可以感受到很強(qiáng)的釘扎力作用，以此實(shí)現(xiàn)直觀演示所述超導(dǎo)材料的釘扎效應(yīng)的目的。

具體地，容器40可以為圓柱型，第一凹槽400為設(shè)置于容器40中間的圓柱型凹槽；第二凹槽410為圓環(huán)型凹槽，第二凹槽410包括有內(nèi)環(huán)和外環(huán)，第一凹槽400位于第二凹槽410的內(nèi)環(huán)內(nèi)部。

還需要說明的是，本發(fā)明提供的超導(dǎo)材料釘扎效應(yīng)的演示儀器1的容器40可以是形狀，但不僅僅局限于該形狀，其還可以是其他能夠滿足第一凹槽400設(shè)置于第二凹槽410的內(nèi)部的要求的任意形狀的容器40，如正方體等。

容器40采用密度較大，且可以承受超低溫溶液長期浸泡的材料制成。具體德，容器40可以為泡沫材料制成。泡沫材料是由大量氣體微孔分散于固體塑料中而形成的一類高分子材料，具有質(zhì)輕、隔熱、吸音、減震等特性，且介電性能優(yōu)于基體樹脂，用途很廣。容器40可以采用數(shù)控機(jī)床或者手動(dòng)機(jī)床加工制成，加工工藝簡單，減小了制作的成本。

超導(dǎo)材料釘扎效應(yīng)的演示儀器1包括有固定架50，固定架50的高度高于容器40的高度，固定架50用于固定懸掛線30。固定架50設(shè)置于容器40的上方，用于固定懸掛線30，使得超導(dǎo)線圈10能夠懸浮在空中。

懸掛線30的材質(zhì)可以為絲綢。絲綢是一種紡織品，用蠶絲或合成纖維、人造纖維、短絲等織成；用蠶絲或人造絲純織或交織而成的織品的總稱。采用絲綢制作懸掛線30的目的在于，絲綢質(zhì)地的懸掛線30不會(huì)對磁感應(yīng)線產(chǎn)生影響，從而影響到實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，影響實(shí)驗(yàn)人員觀察超導(dǎo)材料的釘扎效應(yīng)。

進(jìn)一步地，懸掛線30的數(shù)量可以為3個(gè)。懸掛線30的一端固定在固定架50上，另一端綁在超導(dǎo)線圈10上，將超導(dǎo)線圈10懸掛起來。采用3個(gè)懸掛線30綁住超導(dǎo)線圈10，可以將超導(dǎo)線圈10穩(wěn)定的懸掛在空中，使得其不會(huì)掉落。

本發(fā)明提供的超導(dǎo)材料釘扎效應(yīng)的演示儀器1的使用方法，首先將超導(dǎo)線圈10放入液氮溶液中浸泡5分鐘以上即可使得超導(dǎo)線圈10處于超導(dǎo)狀態(tài)；再將超導(dǎo)線圈10懸掛起來，使得位于超導(dǎo)線圈10內(nèi)環(huán)內(nèi)的強(qiáng)磁鐵20隨著超導(dǎo)線圈10懸浮起來；最后使用者用手向下拉強(qiáng)磁鐵20，感受釘扎力的作用。與現(xiàn)有的超導(dǎo)材料的釘扎效應(yīng)的使用方法相比，本發(fā)明提供的超導(dǎo)材料釘扎效應(yīng)的演示儀器1的使用方法不僅僅演示了超導(dǎo)材料在強(qiáng)磁鐵20上的懸浮，并且使得實(shí)驗(yàn)人員能夠直觀地感受到釘扎效應(yīng)的釘扎力的作用。

綜上所述，本發(fā)明提供的超導(dǎo)材料釘扎效應(yīng)的演示儀器1，超導(dǎo)材料釘扎效應(yīng)的演示儀器1包括有超導(dǎo)線圈10、強(qiáng)磁鐵20以及懸掛線30；超導(dǎo)線圈10包括有圓環(huán)型的支架和圍繞設(shè)置在支架上的超導(dǎo)材料，超導(dǎo)線圈10包括有內(nèi)環(huán)和外環(huán)；懸掛線30將超導(dǎo)線圈10懸掛起來，使得超導(dǎo)線圈10懸浮于空中；強(qiáng)磁鐵20的橫截面積投影小于超導(dǎo)線圈10的內(nèi)環(huán)的橫截面積投影，強(qiáng)磁鐵20位于超導(dǎo)線圈10的內(nèi)環(huán)內(nèi)。在使用本發(fā)明提供的超導(dǎo)材料釘扎效應(yīng)的演示儀器1進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)時(shí)，將強(qiáng)磁鐵20放置在超導(dǎo)線圈10的內(nèi)環(huán)內(nèi)；使用懸掛線30將處于超導(dǎo)狀態(tài)的超導(dǎo)線圈10懸掛起來，使得超導(dǎo)線圈10的高度慢慢提高，此時(shí)可以觀察到位于超導(dǎo)線圈10內(nèi)環(huán)內(nèi)的強(qiáng)磁鐵20隨著超導(dǎo)線圈10懸浮起來，實(shí)驗(yàn)人員可以用手向下拉扯強(qiáng)磁鐵20，可以感受到很強(qiáng)的釘扎力的作用，以實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)材料釘扎效應(yīng)在宏觀上的體現(xiàn)和感受。與現(xiàn)有的超導(dǎo)材料的釘扎效應(yīng)的演示儀器相比，本發(fā)明提供的超導(dǎo)材料釘扎效應(yīng)的演示儀器1不僅僅演示了超導(dǎo)材料在強(qiáng)磁鐵20上的懸浮，并且使得實(shí)驗(yàn)人員能夠直觀地感受到釘扎效應(yīng)的釘扎力的作用。

本發(fā)明提供的超導(dǎo)材料釘扎效應(yīng)的演示儀器1的使用方法，包括以下步驟：首先將泡沫制成的容器40放置在平整的桌面上，將強(qiáng)磁鐵20放到容器40的第一凹槽400中，并置于桌面上；將超導(dǎo)線圈10放到容器40的第二凹槽410內(nèi)，并置于最底部，將懸掛線30的一端固定在固定架50上，另一端固定在超導(dǎo)線圈10上，以便提拉超導(dǎo)線圈10；將液氮溶液倒入容器40的第二凹槽410內(nèi)，并使得液氮溶液液面稍高于超導(dǎo)線圈10的頂部，等待5分鐘以上；提拉懸掛線30，將超導(dǎo)線圈10從容器40中提出；此時(shí)實(shí)驗(yàn)人員可以觀察到，強(qiáng)磁鐵20隨著超導(dǎo)線圈10懸浮起來，并且由于強(qiáng)磁鐵20的大小小于述超導(dǎo)線圈10的內(nèi)環(huán)的大小，可以明顯的看到懸浮現(xiàn)象；最后實(shí)驗(yàn)人員可以用手向下拉扯強(qiáng)磁鐵20，可以感受到很強(qiáng)的釘扎力作用，以此實(shí)現(xiàn)直觀演示所述超導(dǎo)材料的釘扎效應(yīng)的目的。與現(xiàn)有的超導(dǎo)材料的釘扎效應(yīng)的使用方法相比，本發(fā)明提供的超導(dǎo)材料釘扎效應(yīng)的演示儀器1的使用方法不僅僅演示了超導(dǎo)材料在強(qiáng)磁鐵20上的懸浮，并且使得實(shí)驗(yàn)人員能夠直觀地感受到釘扎效應(yīng)的釘扎力的作用。

最后應(yīng)說明的是：以上各實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。