Arbeit-Energie-Theorem

Der Cauchy-Spannungstensor, bezeichnet als [latex]\boldsymbol{\sigma}[/latex], ist ein Tensor zweiter Ordnung, der den Spannungszustand an einem Punkt innerhalb eines Materials vollständig definiert. Er setzt den Zugvektor (Kraft pro Flächeneinheit) [latex]\mathbf{T}[/latex] auf einer beliebigen Oberfläche, die durch diesen Punkt verläuft, mit dem Normalenvektor der Oberfläche [latex]\mathbf{n}[/latex] über die lineare Beziehung [latex]\mathbf{T} = \boldsymbol{\sigma} \cdot \mathbf{n}[/latex] in Beziehung.

Dieses Gesetz besagt, dass die elektromotorische Kraft (EMK, [latex]\mathcal{E}[/latex]), die in einem beliebigen geschlossenen Stromkreis induziert wird, gleich dem Negativ der zeitlichen Änderungsrate des magnetischen Flusses ([latex]\Phi_B[/latex]) durch den Stromkreis ist. Der mathematische Ausdruck lautet [latex]\mathcal{E} = -\frac{d\Phi_B}{dt}[/latex]. Dieses Prinzip ist die Grundlage für elektrische Generatoren, Transformatoren und Induktoren und beschreibt den makroskopischen Effekt der Induktion.

Ein elektrischer Generator ist ein Gerät, das mechanische Energie durch elektromagnetische Induktion in elektrische Energie umwandelt. Der grundlegende Aufbau besteht aus einer Drahtspule, die in einem Magnetfeld rotiert (oder einem Magneten, der in einer Spule rotiert). Diese kontinuierliche Rotation verändert den magnetischen Fluss durch die Spule und induziert eine alternierende elektromotorische Kraft (EMK) und Strom, wie im Faradayschen Gesetz beschrieben.

Eine Neuformulierung der klassischen Mechanik, die verallgemeinerte Koordinaten und ihre konjugierten Momente verwendet. Sie basiert auf der Hamilton-Funktion [latex]H(q, p, t)[/latex], die die Gesamtenergie des Systems darstellt. Die Dynamik wird durch die Hamilton-Gleichungen beschrieben: [latex]\dot{q}_i = \frac{\partial H}{\partial p_i}[/latex] und [latex]\dot{p}_i = -\frac{\partial H}{\partial q_i}[/latex]. Dieser Rahmen ist für die Quantenmechanik und die statistische Mechanik von zentraler Bedeutung.

Ein Elektromagnet ist ein Magnet, dessen Magnetfeld durch elektrischen Strom erzeugt wird. Wird der Strom abgeschaltet, verschwindet das Feld. Typischerweise besteht er aus einer zu einer Spule gewickelten Drahtspule. Die Stärke des Magnetfelds ist proportional zur Stromstärke und zur Anzahl der Wicklungen der Spule. Dieses Prinzip wurde von Hans Christian Ørsted entdeckt.

Die Navier-Stokes-Gleichungen sind eine Reihe nichtlinearer partieller Differentialgleichungen, die die Bewegung viskoser flüssiger Substanzen beschreiben. Sie sind eine Umsetzung des zweiten Newtonschen Gesetzes und gleichen Impulsänderungen mit Druckgradienten, viskosen Kräften und äußeren Kräften aus. Für eine inkompressible Flüssigkeit lautet die Gleichung [latex]\rho (\frac{\partial \mathbf{v}}{\partial t} + \mathbf{v} \cdot \nabla \mathbf{v}) = -\nabla p + \mu \nabla^2 \mathbf{v} + \mathbf{f}[/latex].

Kathodischer Korrosionsschutz (KKS) ist eine Technik zur Kontrolle der Korrosion einer Metalloberfläche, indem diese zur Kathode einer elektrochemischen Zelle gemacht wird. Dies wird durch die Zufuhr eines externen elektrischen Stroms erreicht, der die natürlichen Korrosionsströme unterdrückt. Das Potenzial des geschützten Metalls wird zu einem negativeren Wert polarisiert und in einen Bereich der Immunität oder Passivität verschoben.

Für kontinuierliche Systeme wie Flüssigkeiten oder Festkörper wird die Impulserhaltung in einer Differentialform ausgedrückt. Die Änderungsrate der Impulsdichte [latex]\rho \vec{v}[/latex] an einem Punkt wird durch die Divergenz des Cauchy-Spannungstensors [latex]\sigma[/latex] und die Körperkräfte [latex]\vec{f}[/latex] bestimmt. Dies wird durch die Cauchy-Impuls-Gleichung beschrieben: [latex]\frac{\partial (\rho \vec{v})}{\partial t} + \nabla \cdot (\rho \vec{v} \otimes \vec{v}) = \nabla \cdot \sigma + \vec{f}[/latex].

Eine Hauptquelle der elektromotorischen Kraft ist die elektromagnetische Induktion, die durch das Faradaysche Gesetz beschrieben wird. Es besagt, dass ein zeitlich veränderlicher magnetischer Fluss [latex]\Phi_B[/latex] durch eine Stromkreisschleife eine EMK ([latex]\mathcal{E}[/latex]) induziert. Die Größe der EMK ist proportional zur Änderungsrate des Flusses, gegeben durch die Gleichung [latex]\mathcal{E} = - \frac{d\Phi_B}{dt}[/latex]. Dieses Prinzip ist die Grundlage für elektrische Generatoren, Transformatoren und Drosseln.

Wenn sich der Anker eines Motors dreht, durchdringen seine Leiter das Magnetfeld und induzieren eine Spannung nach dem Faradayschen Induktionsgesetz. Diese 'Gegen-EMK' ist der Hauptspannung, die den Motor antreibt, entgegengesetzt. Ihre Größe ist direkt proportional zur Drehgeschwindigkeit des Motors ([latex]\mathcal{E}_{back} \propto \omega[/latex]). Dieses Phänomen ist entscheidend für die Selbstregulierung der Motordrehzahl und der Stromaufnahme.

Die Selbstinduktivität ist die Eigenschaft eines elektrischen Stromkreises, bei der eine Änderung des durch ihn fließenden Stroms eine elektromotorische Kraft (EMK) in den Stromkreis selbst induziert. Diese 'Gegen-EMK' wirkt der Stromänderung entgegen, wie es die Lenzsche Regel vorschreibt. Die Beziehung ist durch die Formel [latex]mathcal{E}_L = -L frac{dI}{dt}[/latex] gegeben, wobei L die Selbstinduktivität, gemessen in Henries (H), ist.

Das Lenzsche Gesetz gibt die Richtung der induzierten elektromotorischen Kraft (EMK) und des durch elektromagnetische Induktion entstehenden Stroms an. Es besagt, dass der induzierte Strom in eine Richtung fließt, die ein Magnetfeld erzeugt, das der Änderung des magnetischen Flusses, die ihn erzeugt hat, entgegenwirkt. Dieses Prinzip ist eine Konsequenz der Energieerhaltung und wird durch das negative Vorzeichen im Faradayschen Gesetz dargestellt.