
【電】 London superconductivity theory
倫敦超導理論(London Superconductivity Theory),在漢英詞典中通常對應為London theory of superconductivity(發音:/ˈlʌndən ˈθiəri əv ˌsuːpərkɒndʌkˈtɪvɪti/)。該理論是解釋超導體電磁性質的基礎微觀理論之一,由德國物理學家弗裡茨·倫敦(Fritz London)和海因茨·倫敦(Heinz London)兄弟于1935年提出。
倫敦理論通過兩個唯象方程描述了超導體的獨特電磁行為:
倫敦第一方程:
描述超導電流 (mathbf{J}_s) 與電場 (mathbf{E}) 的關系:
$$ frac{partial mathbf{J}_s}{partial t} = frac{n_s e}{m} mathbf{E} $$
其中 (n_s) 為超導電子密度,(e) 為電子電荷,(m) 為電子質量。該方程表明超導電流隨時間的變化率正比于電場,揭示了超導體的零電阻特性。
倫敦第二方程:
描述超導電流與磁場 (mathbf{B}) 的關系:
$$
abla times mathbf{J}_s = -frac{n_s e}{m} mathbf{B} $$
此方程推導出超導體的邁斯納效應(Meissner effect),即磁場被完全排出超導體内部,僅能穿透表面薄層(穿透深度 (lambda_L = sqrt{frac{m}{mu_0 n_s e}}))。
倫敦理論首次從宏觀上統一解釋了超導體的兩大特性:
倫敦方程廣泛應用于:
權威參考文獻來源:
倫敦超導理論是解釋超導現象的重要唯象理論,由德國物理學家弗裡茨·倫敦和海因茨・倫敦兄弟于1935年提出。該理論基于超導體的兩個基本特性:零電阻效應和完全抗磁性(邁斯納效應),通過引入超導電子概念建立數學模型。以下是核心内容:
理論通過兩個方程描述超導電子動力學:
方程一(反映零電阻效應): $$ mathbf{E} = frac{partial}{partial t} left( frac{m}{n_s e} mathbf{J}_s right) $$ 當電流穩定時(如直流電),電場強度$mathbf{E}=0$,表明電阻消失。
方程二(反映完全抗磁性): $$
abla times mathbf{J}_s = -frac{n_s e}{m c} mathbf{B} $$ 結合麥克斯韋方程,可推導出磁場在超導體表面以指數形式衰減,穿透深度$lambda_L = sqrt{frac{m c}{4pi n_s e}}$,量級約$10^{-6}$米。
該理論至今仍是超導電磁學分析的基礎工具,尤其在高溫超導材料研究中仍有應用。
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