电动力学课件-静磁场.pptVIP

1986年以后，又陆续发现一系列有较高临界温度的超导材料。很明显，临界温度在氮的液化温度（常压下-196℃）以上的高温超导材料将会有广阔的应用前景。超导电性是近代物理学研究的一个重要领域。我们仅限于讨论超导体最基本的电动力学问题。 * 汞是在常温下唯一以液态存在的金属。熔点-38.87℃，沸点356.6℃，汞蒸气和汞的化合物多有慢性剧毒。 1.??超导体的基本电磁现象 超导体的电磁性质主要包括以下两个方面： 超导电性和迈斯纳（Meissner）效应 （1）超导电性 图3-8示汞样品的电阻随温度的变化关系。当温度降至4.2K以下时，电阻突然下降为零。 * 开始出现超导电性的温度称为临界温度Tc 。在 Tc 以上，物体处于正常态，在 Tc 以下为超导态。不同物质材料有不同的临界温度 Tc 。 问题：物体的电阻是怎样产生的？ 这种电阻率为零的性质称为超导电性。 * 当物体处于超导态时，若加上磁场，当磁场强度增大到某一临界值 Hc时，超导性被破坏，超导体由超导态转变为正常态。临界磁场Hc 与温度有关。Hc（T） 的经验公式为： * （2）迈斯纳（Meissner）效应 1933年迈斯纳发现超导体的另一重要电磁性质： 超导体内部的磁感应强度 B = 0，与超导体所经过的历史过程无关。 （a）若物体原来处于超导态，当加上外磁场时，只要磁场强度不超过Hc ，则B不能进入超导体内。 * （b）若把处于正常态的物体放置在磁场内，当温度下降到使物体转变为超导态时，B 被排出超导体外，即在任何情况下, 处于超导态的物体内部有 B = 0。 超导体的迈斯纳效应是独立于零电阻性的重要特性。它表示超导体不能简单地看作通常导体当电导率 σ →∞ 时的极限。 * 因为通常导体有欧姆定律 J = σE， 当σ→∞ 而 J 有限时，E → 0 ， 由麦克斯韦方程 只能导致 B 为与时间无关的量，而不能导出 B 被排除超导体外的结论。 * 2. 超导体的电磁性质方程 麦克斯韦方程对电磁现象是普遍成立的，不同物质所表现的不同电磁现象来自该物质的电磁性质方程。 超导体独特的电磁性质方程。 （1）伦敦第一方程 超导性是一种量子现象。当物体处于超导态时，一部分传导电子凝聚于一个量子态中，作完全有序的运动，不受晶格散射，因而没有电阻效应。其余传导电子仍属正常电子。 * 可以用二流体模型唯象地描述这种情况。 设超导体内的传导电子密度为 n，其中超导电子密度为 ns，正常电子密度为 nn，则有： （5.2） * 超导电流要服从新的规律性。因为超导电子运动不受阻尼，电场 E 将使电子加速。 相应地，超导体内的电流密度为 J，超导电流密度为 Js ，正常电流密度为 Jn ，则有： * 这是代替欧姆定律的超导电流方程，称为伦敦第一方程。 设ν为超导电子速度，有 * 由伦敦第一方程可以导出超导体在恒定情况下的零电阻性。 因此，在恒定情况下，超导体内的电流完全来自超导电子，没有电阻效应。 * 因此，在交变情形下超导体是有电阻损耗的。我们可以估计交流损耗的大小。 设电流频率为 ω， [ Js = J0exp(i ω t ）] 则 Js = αE / ω ， Jn = σE， 有：Jn / Js =σω /α=(mσ/ nse2 )≈ 10 ?12 ω 因此对一般低频交流电，损耗是很小的。 * （2）伦敦第二方程 伦敦第一方程还不足以描述超导体的全部电磁性质。迈斯纳效应指出： 超导体内部 B = 0。 由磁场边值关系，当超导体外部有磁场时，紧贴超导体表面两侧处应有边值关系 因此，磁场不可能在超导体内侧紧贴表面处变为零，它必存在于超导体表面一薄层内。 * 由麦氏方程： （5.6）可知，若超导体内部 B = 0，则超导体内部的电流亦为零。因此电流亦只能分布于超导体表面薄层处。在超导体内，一定存在着电流与磁场互相制约的机制，使他们都只能存在于表面薄层内，而不能深入到超导体内部。 伦敦假设除了麦氏方程（5.6）外，在超导体内还有另一个磁场与电流相互制约的关系 * 这是伦敦第二方程。 现在说明伦敦第一、第二方程和麦氏方程是相容的。 伦敦第一方程