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倫敦方程

指数 倫敦方程

倫敦方程把超導體的電流與其裏面及周圍的電磁場聯繫起來,這兩條方程是由弗里茨與海因茨·倫敦兩兄弟於1935年提出的。它們可被視為超導現象最簡單的有效描述,所以幾乎所有介紹超導的現代教科書,都會把倫敦方程視為入門必修課。這套方程組最大的成就,就在於它們成功地解釋了邁斯納效應;該效應指的是,當超導體溫度低於超導的門檻後,它會愈來愈快地排斥掉其內部所有的磁場。.

21 关系: 向量場安培定律位移電流倫敦穿透深度BCS理论算符经典力学电磁场规范场论高斯單位制超導體邁斯納效應量子力学自由空間欧姆定律正則座標法拉第电磁感应定律期望值海因茨·倫敦旋度散度

向量場

在向量分析中,向量場是把空間中的每一點指派到一個向量的映射。 物理學中的向量場有風場、引力場、電磁場、水流場等等。.

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安培定律

安培定律(Ampère's circuital law),又稱安培環路定律,是由安德烈-瑪麗·安培於1826年提出的一條靜磁學基本定律。安培定律表明,載流導線所載有的電流,與磁場沿著環繞導線的閉合迴路的路徑積分,兩者之間的關係為 其中,\mathbb是環繞著導線的閉合迴路,\mathbf是磁場(又稱為B場),d\boldsymbol是微小線元素向量,\mu_0是磁常數,I_是閉合迴路\mathbb所圍住的電流。 1861年,詹姆斯·馬克士威又將這方程式重新推導一遍,使得符合電動力學條件,並且發表結果於論文《論物理力線》內。馬克士威認為,含時電場會生成磁場,假若電場含時間,則前述安培定律方程式不成立,必須加以修正。經過修正後,新的方程式稱為馬克士威-安培方程式,是馬克士威方程組中的一個方程式,以積分形式表示為 其中,\mathbb是邊緣為\mathbb的任意曲面,\mathbf是穿過曲面\mathbb的電流的電流密度,\mathbf是電位移,d\mathbf是微小面元素向量。.

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位移電流

在電磁學裏,位移電流 (displacement current) 定義為電位移對於時間的變率。位移電流的單位與電流的單位相同。如同真實的電流,位移電流也有一個伴隨的磁場。但是,位移電流並不是移動的電荷所形成的電流;而是電位移對於時間的偏導數。 於 1861 年,詹姆斯·馬克士威發表了一篇論文《論物理力線》,提出位移電流的概念。在這篇論文內,他將位移電流項目加入了安培定律。修改後的定律,現今稱為馬克士威-安培方程式。 在馬克士威的 1864 年論文《電磁場的動力學理論》內,他用這馬克士威-安培方程式推導出電磁波方程式。由於這導引將電學、磁學和光學聯結成一個統一理論。這創舉現在已被物理學術界公認為物理學史的重大里程碑。位移電流對於電磁波的存在是基要的。.

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倫敦穿透深度

在超導體中,倫敦穿透深度(通常記作\lambda或\lambda_L)是指磁場穿進超導體中,並減弱為超導體表面處強度之\frac時的深度。 倫敦穿透深度一般為50至500奈米。 倫敦穿透深度是由倫敦方程和安培定律推導得出的。 如果考慮一個超導介質佔據x0,而弱外磁場B0作用在z方向。那麼,超導體內的磁感應強度為: 其中,\lambda_L 可以視為磁感應強度減弱原本\frac時的深度,具體表達為: 其中, m為帶電物體的質量,q為電荷,n 為數量密度。.

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BCS理论

BCS理论是解释常规超导体的超导电性的微观理论(所以也常意译为超导的微观理论)。该理论以其发明者约翰·巴丁、利昂·库珀和约翰·施里弗的名字首字母命名。.

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算符

在物理學裏,算符(operator),又稱算子,作用於物理系統的狀態空間,使得物理系統從某種狀態變換為另外一種狀態。這變換可能相當複雜,需要用很多方程式來表明,假若能夠使用算符來代表,可以更為簡單扼要地表達論述。 對於很多案例,假若作用的對象有所迥異,算符的物理行為也會不同;但是,對於有些案例,算符的物理行為具有一般性,這時,就可以將論題抽象化,專注於研究算符的物理行為,不必顧慮到狀態的獨特性。這方法比較適用於一些像對稱性或守恆定律的論題。因此,在經典力學裏,算符是很有用的工具。在量子力學裏,算符為理論表述不可或缺的要素。 對於更深奧的理論研究,可能會遇到很艱難的數學問題,算符理論(operator theory)能夠提供高功能的架構,使得數學推導更為簡潔精緻、易讀易懂,更能展現出內中物理涵意。 一般而言,在經典力學裏的算符大多作用於函數,這些函數的參數為各種各樣的物理量,算符將某函數映射為另一種函數。這種算符稱為「函數算符」。在量子力學裏的算符稱為「量子算符」,作用的對象是量子態。量子算符將某量子態映射為另一種量子態。.

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经典力学

经典力学是力学的一个分支。经典力学是以牛顿运动定律为基础,在宏观世界和低速状态下,研究物体运动的基本学科。在物理學裏,经典力学是最早被接受为力學的一个基本綱領。经典力学又分为静力学(描述静止物体)、运动学(描述物体运动)和动力学(描述物体受力作用下的运动)。16世纪,伽利略·伽利莱就已采用科学实验和数学分析的方法研究力学。他为后来的科学家提供了许多豁然开朗的启示。艾萨克·牛顿则是最早使用数学语言描述力学定律的科学家。.

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电磁场

電磁場(electromagnetic field)是由帶電粒子的運動而產生的一種物理場。處於電磁場的帶電粒子會受到電磁場的作用力。電磁場與帶電粒子(電荷或電流)之間的交互作用可以用馬克士威方程組和勞侖茲力定律來描述。 電磁場可以被視為電場和磁場的連結。追根究底,電場是由電荷產生的,磁場是由移動的電荷(電流)產生的。對於耦合的電場和磁場,根據法拉第電磁感應定律,電場會隨著含時磁場而改變;又根據馬克士威-安培方程式,磁場會隨著含時電場而改變。這樣,形成了傳播於空間的電磁波,又稱光波。無線電波或紅外線是較低頻率的電磁波;紫外光或X-射線是較高頻率的電磁波。 電磁場涉及的基本交互作用是電磁交互作用。這是大自然的四個基本作用之一。其它三個是重力相互作用,弱交互作用和強交互作用。電磁場倚靠電磁波傳播於空間。 從經典角度,電磁場可以被視為一種連續平滑的場,以類波動的方式傳播。從量子力學角度,電磁場是量子化的,是由許多個單獨粒子構成的。.

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规范场论

规范场论(Gauge Theory)是基于对称变换可以局部也可以全局地施行这一思想的一类物理理论。非交换对称群(又称非阿贝尔群)的规范场论最常見的例子为杨-米尔斯理论。物理系統往往用在某种变换下不变的拉格朗日量表述,当变换在每一时空点同时施行,它们有全局对称性。规范场论推广了这一思想,它要求拉格朗日量必须也有局部对称性—应该可以在时空的特定区域施行这些对称变换而不影响到另外一个区域。这个要求是广义相对论的等效原理的一个推广。 规范“对称性”反映了系统表述的一个冗余性。 规范场论在物理学上的重要性,在于其成功為量子电動力学、弱相互作用和强相互作用提供了一个统一的数学形式化架构——标准模型。這套理論精确地表述了自然界的三種基本力的实验预测,它是一个规范群为SU(3) × SU(2) × U(1)的规范场论。像弦论这样的现代理论,以及广义相对论的一些表述,都是某种意义上的规范场论。 有时,规范对称性一词被用于更广泛的含义,包括任何局部对称性,例如微分同胚。该术语的这个含义不在本条目使用。.

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高斯單位制

斯單位制(Gaussian units)是一種計量單位的制度,屬於公制,是從厘米-克-秒制衍生,電磁單位系統中最常見的一種單位制。在厘米-克-秒制內,又有幾組互相衝突的電磁單位,不單只存在有高斯單位。所以,使用術語「厘米-克-秒單位」很可能會引起分歧義,必需儘量避免。 除了高斯單位制以外,最常用的別種選擇是國際單位制。在大多述領域,國際單位制是主要使用的單位制。隨著時光的流易,越來越多的人士選擇摒棄高斯單位制,改採用國際單位制。高斯單位制與國際單位制之間的單位轉換並不像平常單位轉換那樣簡易。例如,電磁學的物理定律方程式,像馬克士威方程組,依使用哪種單位制而定,需要做相關調整;在高斯單位制是無量綱的物理量,像電容率或磁導率,換到國際單位制,可能會變為具有量綱。.

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超導體

超導體(superconductor),指可以在在特定溫度以下,呈現電阻為零的導體。零电阻和完全抗磁性是超导体的两个重要特性。超导体电阻转变为零的温度,称为超导临界温度,据此超导材料可以分为低温超导體和高温超导體。這裡的「高溫」是相对于绝对零度而言的,其實遠低於冰點攝氏0℃。科学家一直在寻求提高超导材料的临界温度,目前高温超导体的最高温度记录是马克普朗克研究所的203K(-70°C)。因为零電阻特性,超導材料在生成强磁场方面有许多應用,如MRI核磁共振成像等。.

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邁斯納效應

邁斯納效應是超導體從一般狀態相變至超導態的過程中對磁場的排斥現象,於1933年時被瓦爾特·邁斯納與在量度超導錫及鉛樣品外的磁場時發現。在有磁場的情況下,樣品被冷卻至它們的超導相變溫度以下。在相變溫度以下時,樣品幾乎抵消掉所有裏面的磁場。他們只是間接地探測到這個效應;因為超導體的磁通量守恆,當裏面的場減少時,外面的場就會增加。這實驗最早證明超導體不只是完美的導電體,並為超導態提供一個獨特的定義性質。.

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量子力学

量子力学(quantum mechanics)是物理學的分支,主要描写微观的事物,与相对论一起被认为是现代物理学的两大基本支柱,许多物理学理论和科学,如原子物理学、固体物理学、核物理学和粒子物理学以及其它相关的學科,都是以其为基础。 19世紀末,人們發現舊有的經典理論無法解釋微观系统,於是經由物理學家的努力,在20世紀初創立量子力学,解釋了這些現象。量子力學從根本上改變人類對物質結構及其相互作用的理解。除透过广义相对论描写的引力外,迄今所有基本相互作用均可以在量子力学的框架内描述(量子场论)。 愛因斯坦可能是在科學文獻中最先給出術語「量子力學」的物理學者。.

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自由空間

在經典物理裏,自由空間(free space)是電磁理論的一種概念,指的是一種理論的完美真空,不含有任何物質的真空。有時候,自由空間又稱為自由空間真空,或經典真空。自由空間可以恰當地被視為一種參考介質 許多國際單位制的單位,像安培或公尺,其定義都是建立於以自由空間為參考介質的測量值。由於實驗室所使用的參考介質並不是自由空間,實驗室得到的測量值必須經過修正,才能成為以自由空間為參考介質的測量值。.

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欧姆定律

在電路學裏,欧姆定律(Ohm's law)表明,导电体两端的电压与通过导电体的电流成正比,以方程式表示, 其中,V是電壓(也可以標記為U,方程式表示為U.

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正則座標

在古典力學裏,正則座標是相空間的一種座標。正則座標很自然的出現於哈密頓力學的研究。正如同哈密頓力學的被辛幾何廣義化,正則變換也被切觸變換廣義化。如此在古典力學裏,正則座標的19世紀定義也被廣義化,成為更抽象地以餘切叢為基礎的20世紀定義。 這篇文章解釋在古典力學裏的正則座標。在量子力學裏,也有一個密切相關的概念;欲知細節,請參閱與正則對易關係。.

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法拉第电磁感应定律

法拉第電磁感應定律(Faraday's law of electromagnetic induction)是電磁學中的一條基本定律,跟變壓器、電感元件及多種發電機的運作有密切關係。定律指出: 此定律於1831年由迈克尔·法拉第發現,約瑟·亨利則是在1830年的獨立研究中比法拉第早發現這一定律,但其並未發表此發現。故這個定律被命名為法拉第定律。 本定律可用以下的公式表达: 其中: 電動勢的方向(公式中的負號)由楞次定律提供。“通過電路的磁通量”的意義會由下面的例子闡述。 傳統上有兩種改變通過電路的磁通量的方式。至於感應電動勢時,改變的是自身的電場,例如改變生成場的電流(就像變壓器那樣)。而至於動生電動勢時,改變的是磁場中的整個或部份電路的運動,例如像在同極發電機中那樣。.

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期望值

在概率论和统计学中,一个离散性随机变量的期望值(或数学期望、或均值,亦简称期望,物理学中称为期待值)是试验中每次可能的结果乘以其结果概率的总和。换句话说,期望值像是随机试验在同样的机会下重复多次,所有那些可能狀態平均的结果,便基本上等同“期望值”所期望的數。需要注意的是,期望值并不一定等同于常识中的“期望”——“期望值”也许与每一个结果都不相等。(换句话说,期望值是该变量输出值的平均数。期望值并不一定包含于变量的输出值集合裡。) 例如,掷一枚公平的六面骰子,其每次「點數」的期望值是3.5,计算如下: \operatorname(X)&.

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海因茨·倫敦

海因茨·倫敦(Heinz London,)是一位德國(後來取得英國籍)物理學家。他在數所德國大學从事研究後,由於納粹的種族政策,不得不在1933年與他的哥哥弗里茨逃亡到英國。當海因茨·倫敦在牛津克拉倫登實驗室(Clarendon Laboratory)進行研究時,他與弗里茨·倫敦(Fritz London)於1935年提出倫敦方程式,成功地解釋了邁斯納效應;該效應指的是,當超導體溫度低於超導的門檻後,它會愈來愈快地排斥掉其內部所有的磁場。.

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旋度

旋度(Curl)或稱回轉度(Rotation),是向量分析中的一个向量算子,可以表示三维向量场对某一点附近的微元造成的旋转程度。向量场每一点的旋度是一个向量,称为旋度向量。它的方向表示向量场在这一点附近旋度最大环量的旋转轴,它和向量场旋转的方向满足右手定则。旋度向量的大小则是这一点附近向量场旋转度的一个量化体现,定义为当绕着这个旋转轴旋转的环量与旋转路径围成的面元面积之比趋近于零时的极限。举例来说,假设一台滚筒洗衣机运行的时候,从前方看来,内部的水流是逆时针旋转,那么中心水流速度向量场的旋度就是朝前方向外的向量。.

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散度

散度或稱發散度,是向量分析中的一个向量算子,将向量空间上的一个向量场(矢量场)对应到一个标量场上。散度描述的是向量场里一个点是汇聚点还是发源点,形象地说,就是这包含这一点的一个微小体元中的向量是“向外”居多还是“向内”居多。举例来说,考虑空间中的静电场,其空间里的电场强度是一个矢量场。正电荷附近,电场线“向外”发射,所以正电荷处的散度为正值,电荷越大,散度越大。负电荷附近,电场线“向内”,所以负电荷处的散度为负值,电荷越大,散度越小。向量函數的散度為一個純量,而纯量的散度是向量函数。.

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