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Fuerza electromotriz motriz

1890
  • Hendrik Lorentz
Generador homopolar que demuestra la fuerza electromotriz motriz en electricidad y magnetismo.

(generate image for illustration only)

Motional EMF is generated when a conductor moves through a magnetic field. The magnetic component of the Lorentz force, [latex]\mathbf{F} = q(\mathbf{v} \times \mathbf{B})[/latex], acts on the charge carriers within the conductor, causing them to move and create a charge separation. This separation establishes an electric field and a potential difference. The resulting EMF is given by the line integral [latex]\mathcal{E} = \oint (\mathbf{v} \times \mathbf{B}) \cdot d\mathbf{l}[/latex].

Motional EMF is a direct consequence of the Lorentz force acting on mobile charges inside a conductor that is moving relative to a magnetic field. As the conductor moves with velocity [latex]\mathbf{v}[/latex] through a magnetic field [latex]\mathbf{B}[/latex], the free charges (electrons) within it experience a magnetic force [latex]\mathbf{F}_m = q(\mathbf{v} \times \mathbf{B})[/latex]. This force is perpendicular to both the velocity and the magnetic field, causing the charges to accumulate at one end of the conductor, leaving the other end with a net positive charge. This charge separation creates an internal electrostatic field [latex]\mathbf{E}_e[/latex] that opposes the further migration of charges. Equilibrium is reached when the electrostatic force [latex]\mathbf{F}_e = q\mathbf{E}_e[/latex] exactly balances the magnetic force, i.e., [latex]q\mathbf{E}_e = -q(\mathbf{v} \times \mathbf{B})[/latex].

The effective electric field experienced by the charges, [latex]\mathbf{E}_{eff} = \mathbf{v} \times \mathbf{B}[/latex], is a non-conservative field that drives the current. The EMF is the work done per unit charge by this effective field integrated along the length of the conductor. For a straight wire of length [latex]L[/latex] moving perpendicular to a uniform field [latex]B[/latex], the EMF simplifies to [latex]\mathcal{E} = BLv[/latex]. While motional EMF can be seen as a specific case of Faraday’s law of induction (in terms of changing flux), the Lorentz force perspective provides a more microscopic explanation of the mechanism responsible for the charge separation and the resulting voltage.

UNESCO Nomenclature: 2205
– Electricity and Magnetism

Tipo

Fenómeno físico

Disrupción

Sustancial

Utilización

Uso generalizado

Precursores

  • Michael Faraday’s discovery of electromagnetic induction
  • James Clerk Maxwell’s equations of electromagnetism
  • Descubrimiento del electrón por JJ Thomson

Aplicaciones

  • generadores homopolares
  • cañones de riel
  • generadores magnetohidrodinámicos (mhd)
  • frenos de corrientes de Foucault
  • ataduras electrodinámicas en el espacio

Patentes:

NA

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Contexto histórico

Fuerza electromotriz motriz

1884
1887
1889
1890
1895
1900
1900
1883
1885
1887
1890
1895
1896
1900
1900

(si se desconoce la fecha o no es relevante, por ejemplo "mecánica de fluidos", se ofrece una estimación redondeada de su notable aparición)

Invención, innovación y principios técnicos relacionados

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