Условие
11.4.3∗. При переходе вещества в сверхпроводящее состояние только небольшая часть электронов проводимости движется, не испытывая при этом сопротивления. Ток в сверхпроводящем соленоиде индуктивности
Решение
Сначала теория из книги Шмидт В.В. «Введение в физику сверхпроводников» [1].
Согласно теории Лондонов, электроны в сверхпроводнике можно рассматривать как совокупность двух электронных коллективов: сверхпроводящей и нормальной электронных компонент. Плотность сверхпроводящих электронов
Ток сверхпроводящих электронов — это ток без сопротивления. Ясно, что постоянного электрического поля при этом в сверхпроводнике быть не может, так как в противном случае это привело бы к неограниченному ускорению коллектива сверхпроводящих электронов. Поэтому в стационарных условиях, когда электрического поля нет, нормальные электроны покоятся. Наоборот, в переменном электрическом поле есть и ток сверхпроводящих электронов, и ток нормальной компоненты. При этом нормальный ток подчиняется обычному закону Ома.
Реальный сверхпроводник в этой модели можно моделировать эквивалентной схемой, в которой нормальное сопротивление и идеальный проводник соединены параллельно. Идеальный проводник при этом должен иметь некоторую индуктивность, с помощью которой можно моделировать инерциальные свойства сверхпроводящих электронов.
Считаем, что данная индуктивность
Сверхпроводящий ток тогда
(из второго правила Кирхгофа для контура «источник — сверхпроводящая ветвь»; см. задачу
Нормальный ток
Тепло на
Наложим на
где
Рассмотрим долгий запуск времени
и получаем
По сумме токов это дает
практически на всей области процесса и дальнейшие упрощения формулы
Делаем так тогда. Из формул для
(величина постоянная, как и положено для нормальной ветви).
И для теплоты пишем
Что дает с учетом
Примечание: в задачнике 1981 года есть пункт про включение соленоида на переменное напряжение через диод, при этом задача не отмечена «звездой».
Литература
[1] Шмидт В.В. Введение в физику сверхпроводников. МЦНМО, 2000. (Стр. 24, 25.)
[2] О.Я. Савченко. Задачи по физике. 2008. (Задача
[3] Гинзбург В.Л., Андрюшин Е.А. Сверхпроводимость. 1990. (Стр. 31, 32.)