伦敦方程

✍ dations ◷ 2025-07-02 12:04:41 #超导,电磁学,方程

伦敦方程把超导体的电流与其里面及周围的电磁场联系起来,这两条方程是由弗里茨与海因茨·伦敦两兄弟于1935年提出的。它们可被视为超导现象最简单的有效描述,所以几乎所有介绍超导的现代教科书,都会把伦敦方程视为入门必修课。这套方程组最大的成就,就在于它们成功地解释了迈斯纳效应;该效应指的是,当超导体温度低于超导的门槛后,它会愈来愈快地排斥掉其内部所有的磁场。

以可量度的场表示时,伦敦方程共有两条:

其中 j s {\displaystyle {\mathbf {j} }_{s}} 轴一致,与边界平面平行。若从边界指向超导体内部,则内部的磁场解为

从上式可以较容易地理解到伦敦穿透深度的物理意义。

需要注意的是,上述各方程并不能用文字推导出来,尽管如此,伦敦兄弟在表述这套理论时,还是有跟着一套凭直觉所得的逻辑。欧姆定律指出,电流与电场成正比;即使各种物质的构造不同,但是大致遵守欧姆定律的物质种类还是出奇地多。然而,超导体是不可能有这样的线性关系,因为超导时电流都没有电阻,而这点就是超导的定义。为了这一点,伦敦兄弟把超导电子想像成,受均匀外在电场影响的真空电子。根据洛伦兹力方程:

这些电子应感受到一股均匀的力,并因此均匀地加速。第一条伦敦方程所描述的正是如此。

要得出第二条方程,先取第一条伦敦方程的旋度,然后使用法拉第定律:

最后可得

就现时所得的方程而言,方程同时允许不变解及指数衰变解。伦敦兄弟从迈斯纳效应中察觉到,非零的不变解是不具有物理意义的,因此他们假定不单是上式的时间导数为零,还有括号内的式子也必须是零。由此得出第二条伦敦方程。

要解释伦敦方程,还有其他方法。电流密度的表示式如下:

要把上式由经典描述转为量子力学的描述,就必须把j及v的数值,改为对应算符的期望值。速度算符的表示式如下

把具有规范不变性的动态动量算符,除以粒子质量,就能得到速度算符。然后可以将速度算符代入电流密度的表示式。然而,超导的微观理论中有一个重要的假设,就是一系统的超导态是这个系统的基态,而根据布洛赫的一条定理,这样一个态的正则动量p为零。因此得

也就是上面用矢量场A所表示的伦敦方程。

相关

  • 微小噬菌体科微小噬菌体属 Microvirus 螺旋体微小噬菌体属 Spiromicrovirus 蛭弧菌微小噬菌体属 Bdellomicrovirus 衣原体微小噬菌体属 Chlamydiamicrovirus
  • NNL坐标:31°46′33.01″N 35°11′48.58″E / 31.7758361°N 35.1968278°E / 31.7758361; 35.1968278以色列国家图书馆(希伯来语:.mw-parser-output .script-hebrew,.mw-parser-
  • 波音公司波音公司(英语:The Boeing Company)是美国一家开发、生产及销售固定翼飞机、旋翼机、运载火箭、导弹和人造卫星等产品,为世界最大的航天航空器制造商。于1997年并购麦克唐纳-道
  • 拼写检查拼写检查,又叫拼字检查,是对字词的拼写进行检查的功能,能够在一篇文档中标记可能拼写错误的词。拼写检查可以是一个独立的应用程序,也可以更大的应用程序的一部分,如文字处理器、
  • 狄尔斯-阿尔德反应狄尔斯–阿尔德反应(英语:Diels–Alder reaction)又叫Diels–Alder反应、双烯加成反应,其中狄尔斯又译作第尔斯–阿尔德又译作阿德尔、阿德耳。狄尔斯–阿尔德反应是一种有机反
  • 瑞典国王瑞典君主是瑞典王国的国家元首。瑞典奉行君主立宪制,实行代议民主的议会制,故此君主虽然拥有瑞典最高官职和军衔,但只是负责国家礼仪的虚君。1810年的《继承法案》指定来自法国
  • 飓风卡特里娜除特别注明外,此条目或章节的时间均以北美东部时区(UTC-4)为准。飓风卡特里娜(英语:Hurricane Katrina)是2005年8月出现的一个五级飓风,在美国路易斯安那州新奥尔良造成了严重破坏
  • 奥山惠美子奥山惠美子(日语:奥山 恵美子,1951年6月23日-)是一位日本政治人物。她于2009年至2017年担任仙台市市长。1951年6月23日奥山惠美子出生于日本秋田市。她的父亲是一名公职人员,在惠
  • 若望十五世教宗若望十五世(拉丁语:Ioannes PP. XV;?-996年4月)本名不详,于985年8月至996年3月岀任教宗。如同在他之前占有教宗地位的对立教宗波尼法爵七世(英语:Antipope Boniface VII),他也是获
  • 花桥街道 (新津县)花桥街道,原为花桥镇,是中华人民共和国四川省成都市新津区下辖的一个乡镇级行政单位。2019年12月,撤镇设街道花桥街道下辖以下地区:黄桷树社区、金桥社区、焦严村、蔡湾村、筒车