Contents
1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1
1.1 Superconductor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1
1.2 Zero Electrical Resistance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4
1.3 Energy Dissipation in Superconductors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
1.4 Contents of This Book . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
2 Basic Electromagnetism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.1 Electrostatic Phenomena . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.2 Static Magnetic Phenomena . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.3 E-B Analogy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.4 Electromagnetic Phenomena Varying with Time . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.5 Maxwell’s Equations and Breaking of Symmetry . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3 Effects of the Introduction of Superconductivity
into Electromagnetism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3.1 Electricity in a Conductor and Magnetism in a Superconductor . . . . 29
3.2 Prediction of Superconductivity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.3 Merits of Introducing Superconductivity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Reference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
4 Fundamental Electromagnetic Properties of Superconductors . . . . . . 51
4.1 Type II Superconductor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
4.2 Ginzburg–Landau Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
4.3 Flux Flow State . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
5 Flux Pinning Phenomena . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
5.1 Flux Pinning Mechanism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
5.2 Critical State Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
5.3 Reversible Flux Motion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
5.4 Summation Problem and Irreversibility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
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1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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1.1 Superconductor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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1.2 Zero Electrical Resistance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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1.3 Energy Dissipation in Superconductors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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1.4 Contents of This Book . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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2 Basic Electromagnetism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.1 Electrostatic Phenomena . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.2 Static Magnetic Phenomena . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.3 E-B Analogy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.4 Electromagnetic Phenomena Varying with Time . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.5 Maxwell’s Equations and Breaking of Symmetry . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3 Effects of the Introduction of Superconductivity
into Electromagnetism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3.1 Electricity in a Conductor and Magnetism in a Superconductor . . . . 29
3.2 Prediction of Superconductivity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.3 Merits of Introducing Superconductivity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Reference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
4 Fundamental Electromagnetic Properties of Superconductors . . . . . . 51
4.1 Type II Superconductor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
4.2 Ginzburg–Landau Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
4.3 Flux Flow State . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
5 Flux Pinning Phenomena . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
5.1 Flux Pinning Mechanism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
5.2 Critical State Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
5.3 Reversible Flux Motion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
5.4 Summation Problem and Irreversibility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
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