ميكانيكا هاميلتونية

بالنسبة للأنظمة المتصلة مثل الموائع أو المواد الصلبة، يُعبَّر عن حفظ كمية الحركة في صورة تفاضلية. يخضع معدل تغيُّر كثافة كمية الحركة [latex]\rho \rho \vec{v}[/latex] عند نقطة ما لتباعد موتر إجهاد كاوشي [latex]\sigma[/latex] وقوى الجسم [latex]\vec{f}[/latex]. وهذا ما تصفه معادلة كمية حركة كاوتشي: [latex]\frac{\partial (\rho \vec\vec{v})}{\partial t} + \nنابلة \cdot (\rho \vec \vec{v} \times \vec{v}) = \nنابلة \cdot \sigma + \vec{f}[/latex].

ينص هذا القانون على أن القوة الدافعة الكهربية (EMF، [latex]\mathcal{E}[/latex]) المستحثة في أي دائرة مغلقة تساوي سالب المعدل الزمني لتغير الفيض المغناطيسي ([latex]\Phi_Bhi_B[/latex]) عبر الدائرة. والتعبير الرياضي هو [latex]\Mathcal{E} = - \frac{d\Phi_B}{dt}[/latex]. وهذا المبدأ هو أساس المولدات الكهربائية والمحولات والمحثات التي تصف التأثير العياني للحث.

المولد الكهربائي جهاز يُحوّل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية باستخدام الحث الكهرومغناطيسي. يعتمد تصميمه الأساسي على دوران ملف سلكي داخل مجال مغناطيسي (أو دوران مغناطيس داخل ملف). يُغيّر هذا الدوران المستمر التدفق المغناطيسي المار عبر الملف، مما يُحفّز قوة دافعة كهربائية متناوبة (EMF) وتيارًا كهربائيًا، كما هو موضح في قانون فاراداي.

تُعدّ خلية دانييل تحسينًا على الكومة الفولتية، وتتكون من قطب نحاسي في محلول كبريتات النحاس الثنائي وقطب زنك في محلول كبريتات الزنك، ويفصل بينهما حاجز مسامي. يمنع هذا التصميم ثنائي السوائل تراكم غاز الهيدروجين (الاستقطاب) على القطب النحاسي، مما ينتج عنه مصدر جهد أكثر استقرارًا وموثوقيةً لفترة أطول.

التأثير الكهروضوئي هو توليد جهد وتيار كهربائي في مادة عند تعرضها للضوء. وهي ظاهرة فيزيائية وكيميائية. ومن التطبيقات الشائعة في هذا المجال الخلية الشمسية، التي تستخدم هذا التأثير لتحويل ضوء الشمس مباشرةً إلى كهرباء. ويعتمد هذا التأثير على فوتونات الضوء التي تُثير الإلكترونات إلى مستوى طاقة أعلى.

المصدر الرئيسي للقوة الدافعة الكهربية هو الحث الكهرومغناطيسي، الذي يصفه قانون فاراداي. وينص هذا القانون على أن الفيض المغناطيسي المتغير بمرور الزمن [latex]\Phi_B[/latex] عبر دائرة كهربية يستحث قوة دافعة كهرومغناطيسية ([latex]\mathcal{E}[/latex]). ويتناسب مقدار القوة الدافعة الكهرومغناطيسية مع معدل التغير في الفيض الذي تعطيه المعادلة [latex]\mathcal{E} = - \frac{d\dPhi_B}{dt}[/latex]. وهذا المبدأ هو أساس المولدات الكهربائية والمحولات والمحثات الكهربائية.

عندما يدور المحرك، تقطع موصلاته المجال المغناطيسي أثناء دوران المحرك، مما يؤدي إلى توليد جهد كهربائي وفقًا لقانون فاراداي للحث. ويعاكس هذا 'التيار الكهربي المرتد' الجهد الرئيسي الذي يقود المحرك. ويتناسب مقداره طرديًا مع سرعة دوران المحرك ([latex]\mathcal{E}{E}{back} \propto \omega[/latex]). هذه الظاهرة ضرورية للتنظيم الذاتي لسرعة المحرك وسحب التيار.

الحث الذاتي هو خاصية الحث الذاتي لدائرة كهربائية حيث يستحث التغير في التيار المتدفق عبرها قوة دافعة كهربية (EMF) في الدائرة نفسها. ويعاكس هذا 'القوة الدافعة الكهرومغناطيسية الخلفية' التغير في التيار، كما ينص قانون لينز. وتُعطى العلاقة بالمعادلة [latex]mathcal{E}L_L = -L frac{dI}{dt}[/latex]، حيث L هي الحث الذاتي، مقيسة بوحدة هينريس (H).

يحدد قانون لينز اتجاه القوة الدافعة الكهربائية المُستحثة والتيار الناتج عن الحث الكهرومغناطيسي. وينص على أن التيار المُستحث سيتدفق في اتجاه يُنشئ مجالًا مغناطيسيًا يُعاكس التغير في التدفق المغناطيسي الذي أحدثه. هذا المبدأ هو نتيجة لمبدأ حفظ الطاقة، ويُمثل بالإشارة السالبة في قانون فاراداي.

الحفز هو عملية زيادة معدل التفاعل الكيميائي عن طريق إضافة مادة تعرف باسم العامل الحفاز. لا يتم استهلاك المحفزات في التفاعل وتبقى دون تغيير. وهي تعمل من خلال توفير مسار بديل للتفاعل مع طاقة تنشيط أقل ([latex]E_a[/latex])، وبالتالي تسريع كل من التفاعلات الأمامية والعكسية دون تغيير الديناميكا الحرارية الكلية ([latex] \Delta H[/latex]).

خلية الوقود هي جهاز كهروكيميائي يُحوّل مباشرةً الطاقة الكيميائية للوقود، عادةً الهيدروجين، وعامل مؤكسد، غالبًا الأكسجين، إلى كهرباء. على عكس البطارية، تتطلب هذه الخلية مصدرًا خارجيًا مستمرًا من الوقود والمؤكسد للعمل. مكوناتها الأساسية هي الأنود والكاثود والإلكتروليت، مما يُسهّل نقل الأيونات.