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Diplomarbeit aus dem Jahr 1998 im Fachbereich Physik - Angewandte Physik, Note: 1,5, Universität Regensburg (Unbekannt), Sprache: Deutsch, Abstract: Inhaltsangabe:Problemstellung:
Ein elektrisch geladener, kugelförmiger Permanentmagnet der Masse (52±3)µg schwebt in einem supraleitenden Kondensator in stabiler Lage. Die Elektroden des Kondensators bestehen aus schmelztexturiertem YBa2Cu3O7-x. Aufgrund der Ladung, die er trägt, kann der Magnet zu Schwingungen um seine Gleichgewichtslage angeregt werden, die elektrisch detektiert werden. Die dabei gefundenen Resonanzfrequenzen liegen zwischen 300 und 450 Hertz. Numerisch können nichtlineare Rückführkräfte berechnet werden, welche die beobachteten Skelettkurven und die gemessenen höheren Harmonischen verursachen. Die Dämpfung der Schwingungen wird in Abhängigkeit von der Schwingungsamplitude und der Temperatur untersucht. Dabei tritt knapp unterhalb der kritischen Temperatur Tc"92K ein ausgeprägtes Minimum in der Dämpfung auf. Diegefundenen Ergebnisse können mit einer Kombination aus linearer, quadratischer und durch thermische Aktivierung von Flußwirbeln hervorgerufene Dämpfung beschrieben werden. Die lineare Dämpfung wird durch die Bewegung der Flußlinien innerhalb ihrer Haftpotentiale erklärt, die quadratische Dämpfung wird hysteretischen Dissipationsverlusten gepinnter Flußschläuche im Hochtemperatursupraleiter zugeschrieben. Durch das Anlegen einer Gleichspannung am Kondensator wird die Gleichgewichtslage des Permanentmagneten verändert. Dabei wird die Abhängigkeit der statischen Levitationskraft und der Resonanzfrequenz von der Lage des Magneten untersucht. Für Temperaturen von 4.2 und 77 Kelvin wird keine hysteretische Abhängigkeit für die statische Levitationskraft gefunden, so wie sie sich in einem gesinterten Kondensator bei R. Großer ergeben hatte. Auch die Resonanzfrequenz ist im schmelztexturierten Kondensator eine reversible Funktion des Ortes des Magneten.
Inhaltsverzeichnis:Inhaltsverzeichnis:
1.Einführung5
1.1Supraleiter5
1.2Magnetische Levitation6
1.3Ziel dieser Diplomarbeit8
2.Theoretische Vorbemerkungen10
2.1Allgemeine Bewegungsgleichung für die Oszillationen des Permanentmagneten im Kondensator10
2.2Auswirkungen der Reibungskraft auf die Schwingungsfrequenz11
2.3Bestimmung der Ladung des Magneten aus der Resonanzkurve13
2.4Das Umkehrproblem14
2.5Das Dipolmodell17
3.Der Supraleiter Yttrium-Barium-Kupfer-Oxid20
3.1Gesintertes YBCO20
3.2Schmelztexturiertes YBCO21
3.3Praktische Anwendungen23
4.Experimenteller Aufbau25
4.1Die Meßzelle25
4.2Die Peripherie der Meßzelle26
4.3Thermometrie28
4.4Die elektronische Beschaltung29
4.4.1Detektion der Schwingungen des Permanentmagneten29
4.4.2Die elektronische Beschaltung der Meßzelle30
4.5Systematische Meßfehler und deren Korrektur32
4.5.1Frequenzabhängige Verstärkung des Elektrometervorverstärkers32
4.5.2Der Fehler in der Übersprechkompensation32
5.Versuchsdurchführung35
5.1Herstellung eines Oszillators35
5.2Vorgehensweise bei der Aufnahme der Meßkurven35
5.3Vorversuche im Hybridkondensator36
6.Ergebnisse im schmelztexturierten YBCO39
6.1Resonanzkurven41
6.2Die Dissipation43
6.2.1Die Geschwindigkeitsamplitude in Abhängigkeit von der Antriebskraft43
6.2.2Die Temperaturabhängigkeit der Geschwindigkeitsamplitude und der Resonanzfrequenz45
6.2.3Die Bewegung der Flußlinien47
6.2.4Anpassung der Theoriekurve an die Meßwerte50
6.2.5Die lineare Dämpfung51
6.2.6Die quadratische Dämpfung54
6.2.7Die Dämpfung aufgrund thermischer Aktivierung der Flußwirbel58
6.2.8Zusammenfassung und abschließende Diskussion65
6.3Dynamische Levitationskräfte67
6.3.1Die Frequenz in Abhängigkeit von der Geschwindigkeitsamplitude67
...
Ein elektrisch geladener, kugelförmiger Permanentmagnet der Masse (52±3)µg schwebt in einem supraleitenden Kondensator in stabiler Lage. Die Elektroden des Kondensators bestehen aus schmelztexturiertem YBa2Cu3O7-x. Aufgrund der Ladung, die er trägt, kann der Magnet zu Schwingungen um seine Gleichgewichtslage angeregt werden, die elektrisch detektiert werden. Die dabei gefundenen Resonanzfrequenzen liegen zwischen 300 und 450 Hertz. Numerisch können nichtlineare Rückführkräfte berechnet werden, welche die beobachteten Skelettkurven und die gemessenen höheren Harmonischen verursachen. Die Dämpfung der Schwingungen wird in Abhängigkeit von der Schwingungsamplitude und der Temperatur untersucht. Dabei tritt knapp unterhalb der kritischen Temperatur Tc"92K ein ausgeprägtes Minimum in der Dämpfung auf. Diegefundenen Ergebnisse können mit einer Kombination aus linearer, quadratischer und durch thermische Aktivierung von Flußwirbeln hervorgerufene Dämpfung beschrieben werden. Die lineare Dämpfung wird durch die Bewegung der Flußlinien innerhalb ihrer Haftpotentiale erklärt, die quadratische Dämpfung wird hysteretischen Dissipationsverlusten gepinnter Flußschläuche im Hochtemperatursupraleiter zugeschrieben. Durch das Anlegen einer Gleichspannung am Kondensator wird die Gleichgewichtslage des Permanentmagneten verändert. Dabei wird die Abhängigkeit der statischen Levitationskraft und der Resonanzfrequenz von der Lage des Magneten untersucht. Für Temperaturen von 4.2 und 77 Kelvin wird keine hysteretische Abhängigkeit für die statische Levitationskraft gefunden, so wie sie sich in einem gesinterten Kondensator bei R. Großer ergeben hatte. Auch die Resonanzfrequenz ist im schmelztexturierten Kondensator eine reversible Funktion des Ortes des Magneten.
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2.2Auswirkungen der Reibungskraft auf die Schwingungsfrequenz11
2.3Bestimmung der Ladung des Magneten aus der Resonanzkurve13
2.4Das Umkehrproblem14
2.5Das Dipolmodell17
3.Der Supraleiter Yttrium-Barium-Kupfer-Oxid20
3.1Gesintertes YBCO20
3.2Schmelztexturiertes YBCO21
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4.Experimenteller Aufbau25
4.1Die Meßzelle25
4.2Die Peripherie der Meßzelle26
4.3Thermometrie28
4.4Die elektronische Beschaltung29
4.4.1Detektion der Schwingungen des Permanentmagneten29
4.4.2Die elektronische Beschaltung der Meßzelle30
4.5Systematische Meßfehler und deren Korrektur32
4.5.1Frequenzabhängige Verstärkung des Elektrometervorverstärkers32
4.5.2Der Fehler in der Übersprechkompensation32
5.Versuchsdurchführung35
5.1Herstellung eines Oszillators35
5.2Vorgehensweise bei der Aufnahme der Meßkurven35
5.3Vorversuche im Hybridkondensator36
6.Ergebnisse im schmelztexturierten YBCO39
6.1Resonanzkurven41
6.2Die Dissipation43
6.2.1Die Geschwindigkeitsamplitude in Abhängigkeit von der Antriebskraft43
6.2.2Die Temperaturabhängigkeit der Geschwindigkeitsamplitude und der Resonanzfrequenz45
6.2.3Die Bewegung der Flußlinien47
6.2.4Anpassung der Theoriekurve an die Meßwerte50
6.2.5Die lineare Dämpfung51
6.2.6Die quadratische Dämpfung54
6.2.7Die Dämpfung aufgrund thermischer Aktivierung der Flußwirbel58
6.2.8Zusammenfassung und abschließende Diskussion65
6.3Dynamische Levitationskräfte67
6.3.1Die Frequenz in Abhängigkeit von der Geschwindigkeitsamplitude67
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