超导的唯象理论.pptVIP

第一页，共十七页，2022年，8月28日 关于超导现象 迈斯纳效应 伦敦唯象理论基本思路 伦敦第一方程 伦敦第二方程 参考文献 第二页，共十七页，2022年，8月28日 关于超导现象 超导技术从一般现象深化到较完整的理论体系, 大约经历了70～80 年的时间, 从1801- 1900 年之间, 在Newton 力学、Lagrange、Hamilton动力学的基础上, 出现了M axwell、Planck 等电磁场理论和量子论, 可以精确地描述自然界的物理现象, 就是在这样的科学氛围中的1911 年, Onnes 主持的荷兰莱顿大学的实验室首先在低温液氦中置入水银, 并不间断地测试它的电阻, 在4. 2K 左右, 水银的电阻迅速下降, 最后变为零, 现象令人振奋。 第三页，共十七页，2022年，8月28日 第四页，共十七页，2022年，8月28日 关于临界磁场，讲处于超导态的材料置于外磁场中，当外磁场增大到某个临界值 与温度T有关， （T）的经验公式为： 第五页，共十七页，2022年，8月28日 如下图所示，该曲线将第一象限分成两个区域，在下面的材料处于超导态，在曲线上面的则为正常态。该曲线亦成为相变曲线。 第六页，共十七页，2022年，8月28日 迈斯纳效应 实验发现，当材料处于超导态时，随着进入超导体内部深度的增加磁场迅速衰减，磁场主要存在于超导体表面一定厚度的薄层内，对于宏观超导体，若把这个厚度看成趋于0，则可近似认为超导体内部磁感应强度B=0，超导体有完全的抗磁性，我们称之为理想迈斯纳态，不能理想化的状态称之为一般迈斯纳态，实验发现超导体的抗磁性与其所经历的过程无关，若将样品的温度降低使之转变为超导态，当加上外磁场时，只要磁场强度不超过临界磁场，则B不能透入超导体内部；若把正常态的样品置于小于临界磁场的外磁场中,当温度下降使样品转变为超导态时，B被排出超导体外。 第七页，共十七页，2022年，8月28日 伦敦唯像理论基本思路 麦克斯韦方程组是电磁现象的普遍规律，超导电性和迈斯纳效应是特殊的电磁现象，经典电磁理论用宏观唯象的本构关系描写物质的电磁性质，例如电解质的本构关系是E与D的关系，磁介质是B与H的关系，普通导体是传导电流与E的关系，如果能够找出超导电流E与B的关系，应当可以对超导电性和迈斯纳效应给出一定程度的唯像描写，这就是伦敦唯象理论的基本思路。 第八页，共十七页，2022年，8月28日 伦敦第一方程 当材料处于超导状态时，一部分超导电子凝聚于量子态中并作完全有序运动，不收晶格散射因而没有电阻效应，其余传导电子仍属于正常电子，即超导体内存在两种载流电子——正常传导电子和超导电子 ，他们分别形成正常传导电流 和超导电流 若 ， ，则磁化电流与极化电流可以忽略，总电流密度为 ，这就是“二流体模型”。 第九页，共十七页，2022年，8月28日 假定超导电子运动不受阻力，并遵从经典力学方程 其中v是t时刻x处超导电子的平均速度，E是该处平均电场强度，设超导电子密度为 ，则超导电流密度为 ，于是由上式得： 第十页，共十七页，2022年，8月28日 这便是伦敦第一方程，应当指出，这个方程只是u经典理论给出的一个假设，他不仅将超导电子看成经典粒子，而且也没有解释为什么超导电子的运动不受阻力，但由它可以解释恒定情形下的零电阻效应，在恒定情形下，与时间无关，所以 =0，由上式可知，此时超导体内E=0, =0，即恒定情形下，超导体内的电流全部来自超导电子，没有电阻效应。 第十一页，共十七页，2022年，8月28日 伦敦第二方程 们已经看到，零电阻状态下超导体内部E=0，若仅由麦克斯韦方程 ，只能给出B是一个与时间无关的函数或常数，还不能得出B死者进入超导体内深度的增加而衰减的简论。可见迈斯纳效应与超导电性是两个独立的效应。 第十二页，共十七页，2022年，8月28日