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Force électromotrice motrice

1890
  • Hendrik Lorentz
Générateur homopolaire démontrant la force électromotrice en électricité et magnétisme.

(Image générée à titre d'illustration uniquement)

Mouvemental CEM est générée lorsqu'un conducteur se déplace dans un champ magnétique. La composante magnétique de Force de LorentzLa force électromotrice (FEM) [latex]mathbf{F} = q(mathbf{v} times mathbf{B})[/latex] agit sur les porteurs de charge au sein du conducteur, provoquant leur déplacement et la création d'une séparation de charges. Cette séparation induit un champ électrique et une différence de potentiel. La FEM résultante est donnée par l'intégrale de ligne [latex]mathcal{E} = oint (mathbf{v} times mathbf{B}) cdot dmathbf{l}[/latex].

Mouvemental CEM is a direct consequence of the Force de Lorentz 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].

Le champ électrique effectif auquel sont soumises les charges, [latex]mathbf{E}_{eff} = mathbf{v} times mathbf{B}[/latex], est un champ non conservatif qui induit un courant. La force électromotrice (FEM) est le travail effectué par unité de charge par ce champ effectif, intégré sur la longueur du conducteur. Pour un fil rectiligne de longueur [latex]L[/latex] se déplaçant perpendiculairement à un champ uniforme [latex]B[/latex], la FEM se simplifie en [latex]mathcal{E} = BLv[/latex]. Si la FEM induite par le mouvement peut être vue comme un cas particulier de la loi d'induction de Faraday (en termes de variation de flux), la perspective de la force de Lorentz offre une explication plus microscopique du mécanisme responsable de la séparation des charges et de la tension résultante.

UNESCO Nomenclature: 2205
- Électricité et magnétisme

Taper

Phénomène physique

Perturbation

Substantiel

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • La découverte de l'induction électromagnétique par Michael Faraday
  • Les équations de l'électromagnétisme de James Clerk Maxwell
  • Découverte de l'électron par JJ Thomson

Applications

  • générateurs homopolaires
  • canons à rails
  • générateurs magnétohydrodynamiques (MHD)
  • courant de Foucault freins
  • câbles électrodynamiques dans l'espace

Brevets:

NA

Idées d'innovations potentielles

  • propulsion de vaisseaux spatiaux utilisant des câbles électrodynamiques interagissant avec les champs magnétiques planétaires
  • power generation from ocean currents moving conductive seawater through earth’s magnetic field
  • self-powered implants médicaux that generate power from blood flow through an applied magnetic field
  • récupérateurs d'énergie vibratoire utilisant des aimants oscillant par rapport aux bobines
  • débitmètres sans contact pour fluides conducteurs dans les canalisations industrielles
  • lanceurs de projectiles à hypervitesse (railguns) pour applications de lancement spatial
  • systèmes mhd pour la propulsion silencieuse des sous-marins
  • capteurs à haute g basés sur la force électromotrice générée dans un fluide conducteur en mouvement
En rapport avec : force électromotrice induite par le mouvement, force de Lorentz, champ magnétique, conducteur, vitesse, générateur, séparation de charges, induction.

Contexte historique

Force électromotrice motrice

1887
1888
1889
1890
1890
1895
1895
1885
1887
1889
1890
1890
1895
1895
1896

(si la date est inconnue ou non pertinente, par exemple « mécanique des fluides », une estimation arrondie de son émergence notable est fournie)

10e année anniversaire

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