超导的唯象理论

——研究性学习汇报•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Maxwell、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。•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：cH•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”。nJsJ00snJJJ•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：eEtvmsn,Jsevns2s,tJemnEs其中•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。sJtJsnJ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。tBE•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：，ttHH12nnBB12•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tBE0BJtsBJs•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