超导体的电磁特性.ppt

* 一、超导体(superconductor)的主要电磁特性 1911卡末林-昂内斯发现水银在4.2K时电阻消失。 电阻为零的现象称为超导电性，出现超导电现象的温度称为转变温度或临界温度，常用TC表示。 §12-5 超导体的电磁特性 1. 零电阻性 电阻为零的导体是理想导体，? =0， , 根据 E=?j0 得 E=0 理想导体内部电场也为零。 超导体内部不可能存在随时间变化的磁场。 ∴B = 恒矢量 温度不变，逐渐增大磁场达到某特定值时超导态转变为正常态，此特定值称临界磁场BC 2. 临界磁场 超导态不仅要求温度低于TC，且要求磁场小于BC ，而正常态只要满足T TC和B BC两个条件之一即可。 临界电流IC 当超导体内电流IIC时，超导态将转变为正常态。 将超导体置于磁场仍保持超导态，或在磁场中由正常态转变为超导态，超导体都将把磁感应线完全排斥到体外去, 此现象称迈斯纳效应或完全抗磁性。 3. 迈斯纳效应 磁场只能透入超导体表面约10?7 m数量级深度。 完全抗磁性和零电阻性是超导体的两种彼此独立的基本性质。 4. 同位素效应 这种特性称同位素效应。 同种材料同位素在化学性质、晶体结构、电子组态及静电性质等方面都相同，只是不同原子量对晶体点阵的热振动(晶格振动)的特性有影响。 超导体的同位素效应暗示了电子与晶格之间的相互作用是超导现象中的重要因素，为超导电性的研究提供了重要启示。 同种超导材料不同同位素的临界温度TC与原子量M有一定关系 §12-6 麦克斯韦电磁理论 首先回顾一下已经得到的试验规律: 静电学中: 高斯定理 安培环路定理 稳恒磁场: 磁场的高斯定理 安培环路定理 电磁场: 高斯定理 静电场的环路定理 介质中的高斯定理： 这里qi是自由电荷。 电源电动势定义 磁场中的高斯定理： 安培环路定律： 介质中的安培环路定律 B与H的关系： 这里Ic时传导电流。 一、位移电流(displacement current) 四个方程存在不对称性：变化磁场可以激发电场，变化的电场不具有与变化的磁场相当的地位。 不对称性与安培环路定理的局限性是同一个问题。 磁场的高斯定理 安培环路定理 高斯定理 电场环路定理 判断环路是否包围电流的标准，看电流与以该环路为边界的任一曲面是否有奇数个截点，若有，就认为环路包围该电流，否则就不包围该电流。 电流恒定条件(即传导电流的连续性方程)保证穿过任意以L为边界的曲面的电流都等于传导电流I0 。 传导电流的连续性保证了安培环路定理在恒静情况下的正确性。 环路L包围电流I0(电流密度为j0)，对于以同一环路L为边界的任意两个曲面S1和S2必有 I S2 S1 恒定电流取环路 L，对环路张两个任意曲面 S1、 S2，则穿过两个曲面的电流强度相等，由安培环路定理有： L I S2 S1 但对于非稳恒电流又如何呢？比如电容器充电过程,当电键 K 闭合时,电源对电容器充电,电路中的电流是变化的,作环路 L, 对 L 也张两个曲面 S1、 S2 ? K L I S2 S1 L I 对于稳恒电流，穿过环路所张任意曲面的电流强度都是相等的。 对 S1 面有电流流过,而 S2 面作在电容器内侧,由于电容器是绝缘的，无电流通过，对S1 面应用安培环路定理： 对 S2 面应用安培环路定理，由于 S2 面无电流通过，则 S2 S1 ? K L 由此看出对于同一个环路 L，由于对环路所张的曲面不同，所得到的结果也不同。 S2 L S1 ? K L 但是电容充电时电流可以写成 电流连续性方程 将高斯定理代入，得 整理改写为 麦克斯韦把 称为位移电流密度，把 称为全电流密度，分别用 jd和 j 表示，即 全电流的连续性，传导电流与位移电流之和连续，传导电流中断有等量位移电流接续。 全电流 引入全电流后使穿过环路的电流连续起来， 对S1面 对S2面 全电流安培环路定理 ? Id Ic -? S2 L S1 ? K L 传导电流要激发磁场，位移电流也要激发磁场。 微分形式 右边第二项是极化电荷的变化引起的位移电流。第一项是电场变化贡献的位移电流，是位移电流的基本组成部分。真空中为位移电流的惟一成分。 位移电流并不一定与电荷的移动相对应。 适用于一般情况 的安培环路定理 位移电流 ? k Id Ic 位移电流 Id 与传导电流 Ic 的比较 传导电流 Ic 位移电流