О модификации уравнений Лондонов
Федор Федорович Менде | |
Дата рождения: |
02.07.1939 г. |
---|---|
Гражданство: | |
Учёная степень: | |
Сайт: |
http://fmnauka.narod.ru/ http://bolshoyforum.org/forum/index.php?board=50.0 |
Уравнения Лондонов являются основными феноменологическими уравнениям, которые до сих пор используют для электродинамического описания сверхпроводников [1]. Напомним, как они были получены. Первое уравнение
(1)
где
(2)
есть лондоновская глубина проникновения. В этом соотношении принято: - магнитная проницаемость вакуума, а , и - масса, величина заряда и их плотность соответственно.
Уравнение (1) было получено в предположении того, что заряды в сверхпроводнике являются свободными и их движение подчиняется закону
(3)
Из уравнений Максвелла, которые для случая сверхпроводника Лондоны записали следующим образом:
(4)
(5)
они получили уравнение для магнитного поля:
(6)
Далее, уже не из электродинамических, а из термодинамических соображений, на основе опытов Мейснера, Лондоны в уравнении (6) меняют производную на постоянное поле и получают следующее уравнение:
(7)
Замена производной на постоянное поле была произведена на основании того, что опыты Мейснера показали, что при переходе материала, находящегося в магнитном поле, в сверхпроводящее состояние это поле из материала выталкивается. Это обстоятельство связано с тем, что всякая система стремится к минимуму свободной энергии. Поскольку свободная энергия образца при наличии магнитного поля больше, чем при его отсутствии, то и происходит выталкивание магнитного поля. С математической точки зрения это явление можно учесть, полагая константу, получающуюся при интегрировании уравнения (6) равной нулю.
Уравнения (1) и (7), которые принято называть уравнениями Лондонов, в таком виде и просуществовали вплоть до появления работы [2].
Если мы посмотрим на то, как записали Лондоны второе уравнение Максвелла (см. соотношение (5)), то мы можем заметить, что в нём не хватает тока смещения. С учётом этого обстоятельства полная система уравнений Максвелла, описывающая поведение сверхпроводников, как в переменных, так и постоянных полях должна быть записана следующим образом:
(8)
(9)
После несложных преобразований с учётом (1) получаем
(10)
(11)
где
(12)
есть кинетическая индуктивность зарядов, представляющих сверхпроводящие носители зарядов. А уравнения (10) и (11) являются феноменологическими электродинамическими уравнениями, описывающими поведение сверхпроводников как в переменных так и в постоянных полях. Из этих уравнений следуют также и уравнения Лондонов.
Такой подход открывает одну интересную особенность распространения электромагнитных волн в средах, где заряды могут считаться свободными или квазисвободными. К таким средам относятся не только сверхпроводники, но и потоки заряженных частиц, а также горячая разреженная плазма.
Оказывается, что учёт только электрических и магнитных полей при рассмотрении в таких системах этих полей недостаточен. Это связано с тем, что удельная энергия, накопленная в рассматриваемых материальных средах, теперь определяется уже не только электрическими и магнитными полями. Энергия в этом случае накапливается и в кинетическом движении самих зарядов. Полная энергия в данном случае записывается как
(13)
где , и есть амплитуды полей и плотности тока.
Следует отметить, что до появления работы [2] в таком явном виде полную энергию никто не записывал. В связи с тем, что в энергии появился дополнительный член, такие волны уже не могут называться чисто электромагнитными, а должны быть названы электромагнитнокинетическими волнами.
Последний член в соотношении (13) можно записать и через электрическое поле:
(14)
где
(15)
плазменная частота, её ещё называют частотой ленгмюровских колебаний.
До сих пор эта частота вводилась как частота продольных колебаний в незамагниченной плазме. Но уравнения (10-11) представляют распространение поперечных электромагнитных волн. В чем здесь дело. Как показано в работе [2], это означает, что в незамагниченной плазме при определённых условиях может иметь место также поперечный плазменный резонанс.
Всё это означает, что в результате плохого понимания физических явлений, происходящих в рассмотренных средах, до появления работы [2] оставалось незамеченным целое научно-техническое направление.
Литература
- 1. Менде Ф. Ф., Спицын А. И. Поверхностный импеданс сверхпроводников. Киев, Наукова думка, 1985.- 240 с.
- 2. Менде Ф. Ф. Существуют ли ошибки в современной физике. Харьков, Константа, 2003.- 72 с. ISBN 966-7983-55-2