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1、研究性学习汇报,超导唯象理论,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,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7080 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,
2、现象令人振奋。,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：,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。,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
3、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。,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。,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
4、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”。,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：,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
5、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。,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。,一般迈斯纳态下的超导体，磁场和超导电流主要存在于其便面一定厚度的宝成中，超导电流不能看成为理想的面电流，当超导体外部存在磁场时，超导体表面两侧的磁场应当满足边值关系：，,电流与磁场是相互制约的，为了主动奥超导体内超导电流与B相互制约关系，取伦敦第一方程的旋度，并由场方
6、程 ，得可见矢量与时间无关，但可以有某种空间分布，它取决于超导体的初始态，伦敦理论假设这个量为零，于是得到,这就是伦敦第二方程。我们到这里，两个伦敦方程都是基于假设而得到的，他们与麦克斯韦方程组一起，构成超导电动力学的基础。,参考文献,1祁洞之: 周易的自然哲学基础, 南京大学出版社,1994。 2祁洞之: 营卫动力学原理, 医易文化与应用, 华夏出版社, P49- 60, 1995。 3余敦康: 当代易学研究中的一个重要问题, 哲学研究, 1993 年第12 期。 4拉卡托斯: 批判与知识的增长, 知识出版社会,1986。 5张裕恒、李玉芝: 超导物理, 中国科技大学出版社, 1992。 6陈亚孚: 量子电动力学导论, 兵器工业出版社,1992,谢谢观看,祝您圣诞节愉快,
