Mécanique hamiltonienne

Pour les systèmes continus tels que les fluides ou les solides, la conservation de la quantité de mouvement s'exprime sous une forme différentielle. Le taux de variation de la densité de quantité de mouvement [latex]\rho \vec{v}[/latex] en un point est régi par la divergence du tenseur des contraintes de Cauchy [latex]\sigma[/latex] et les forces du corps [latex]\vec{f}[/latex]. Ce phénomène est décrit par l'équation de la quantité de mouvement de Cauchy : [latex]\frac{\partial (\rho \vec{v})}{\partial t} + \nabla \cdot (\rho \vec{v} \otimes \vec{v}) = \nabla \cdot \sigma + \vec{f}[/latex].

Cette loi stipule que la force électromotrice (EMF, [latex]\mathcal{E}[/latex]) induite dans un circuit fermé est égale à la valeur négative du taux de variation temporelle du flux magnétique ([latex]\Phi_B[/latex]) à travers le circuit. L'expression mathématique est [latex]\mathcal{E} = -\frac{d\Phi_B}{dt}[/latex]. Ce principe est à la base des générateurs électriques, des transformateurs et des inducteurs, décrivant l'effet macroscopique de l'induction.

Un générateur électrique est un dispositif qui convertit l'énergie mécanique en énergie électrique grâce à l'induction électromagnétique. Sa conception de base repose sur une bobine de fil métallique tournant dans un champ magnétique (ou un aimant tournant dans une bobine). Cette rotation continue modifie le flux magnétique traversant la bobine, induisant une force électromotrice (FEM) et un courant alternatifs, conformément à la loi de Faraday.

Amélioration de la pile voltaïque, la cellule Daniell est composée d'une électrode de cuivre dans une solution de sulfate de cuivre(II) et d'une électrode de zinc dans une solution de sulfate de zinc, séparées par une barrière poreuse. Cette conception à deux fluides empêche l'accumulation d'hydrogène gazeux (polarisation) sur l'électrode de cuivre, ce qui permet d'obtenir une source de tension beaucoup plus stable et fiable, pour une durée de vie prolongée.

L'effet photovoltaïque est la génération de tension et de courant électrique dans un matériau lorsqu'il est exposé à la lumière. Il s'agit d'un phénomène physique et chimique. Une application courante est la cellule solaire, qui exploite cet effet pour convertir directement la lumière solaire en électricité. Cet effet repose sur l'excitation des électrons par des photons lumineux, qui les portent à un état d'énergie supérieur.

L'induction électromagnétique, décrite par la loi de Faraday, est l'une des principales sources de force électromotrice. Cette loi stipule qu'un flux magnétique [latex]\Phi_B[/latex] variant dans le temps à travers une boucle de circuit induit une force électromotrice ([latex]\mathcal{E}[/latex]). L'ampleur de la FEM est proportionnelle au taux de variation du flux, donné par l'équation [latex]\mathcal{E} = - \frac{d\Phi_B}{dt}[/latex]. Ce principe est à la base des générateurs électriques, des transformateurs et des inducteurs.

Lorsque l'induit d'un moteur tourne, ses conducteurs traversent le champ magnétique, induisant une tension selon la loi d'induction de Faraday. Cette 'FEM' s'oppose à la tension principale qui alimente le moteur. Son ampleur est directement proportionnelle à la vitesse de rotation du moteur ([latex]\mathcal{E}_{back} \propto \omega[/latex]). Ce phénomène est crucial pour l'autorégulation de la vitesse du moteur et de la consommation de courant.

L'auto-inductance est la propriété d'un circuit électrique selon laquelle une variation du courant qui le traverse induit une force électromotrice (FEM) dans le circuit lui-même. Cette 'force électromotrice inverse' s'oppose à la variation du courant, conformément à la loi de Lenz. La relation est donnée par la formule [latex]mathcal{E}_L = -L frac{dI}{dt}[/latex], où L est l'auto-inductance, mesurée en Henries (H).

La loi de Lenz fournit la direction de la force électromotrice (FEM) induite et du courant résultant de l'induction électromagnétique. Elle stipule que le courant induit circule dans une direction qui crée un champ magnétique opposé à la variation de flux magnétique qui l'a produit. Ce principe découle de la conservation de l'énergie et est représenté par le signe négatif dans la loi de Faraday.

La catalyse est le processus d'augmentation de la vitesse d'une réaction chimique par l'ajout d'une substance appelée catalyseur. Les catalyseurs ne sont pas consommés dans la réaction et restent inchangés. Ils agissent en fournissant une voie de réaction alternative avec une énergie d'activation plus faible ([latex]E_a[/latex]), accélérant ainsi les réactions avant et arrière sans altérer la thermodynamique globale ([latex]\Delta H[/latex]).

Une pile à combustible est un dispositif électrochimique qui convertit directement l'énergie chimique d'un combustible, généralement de l'hydrogène, et d'un oxydant, souvent de l'oxygène, en électricité. Contrairement à une batterie, elle nécessite un apport externe continu de combustible et d'oxydant pour fonctionner. Ses principaux composants sont une anode, une cathode et un électrolyte qui les sépare et facilite le transport des ions.