Protezione catodica

La sollecitazione ingegneristica ([latex]\sigma[/latex]) è il carico applicato diviso per l'area della sezione trasversale originale ([latex]A_0[/latex]), mentre la deformazione ingegneristica ([latex]\epsilon[/latex]) è la variazione della lunghezza ([latex]\Delta L[/latex]) divisa per la lunghezza originale ([latex]L_0[/latex]). Queste definizioni, [latex]\sigma = \frac{F}{A_0}[/latex] e [latex]\epsilon = \frac{Delta L}{L_0}[/latex], sono fondamentali per tracciare le curve sforzo-deformazione, ma presuppongono che le dimensioni del provino rimangano costanti durante la prova.

Un elettromagnete è un tipo di magnete in cui il campo magnetico è prodotto da una corrente elettrica. Il campo scompare quando la corrente viene interrotta. Tipicamente, è costituito da un filo avvolto a formare una bobina. L'intensità del campo magnetico è proporzionale alla corrente e al numero di spire della bobina. Questo principio fu scoperto da Hans Christian Ørsted.

Le equazioni di Navier-Stokes sono un insieme di equazioni differenziali parziali non lineari che descrivono il moto di sostanze fluide viscose. Si tratta di una dichiarazione della seconda legge di Newton, che bilancia le variazioni di quantità di moto con i gradienti di pressione, le forze viscose e le forze esterne. Per un fluido incomprimibile, l'equazione è [latex]\rho (\frac{parziale \mathbf{v}}{parziale t} + \mathbf{v} \cdot \nabla \mathbf{v}) = -\nabla p + \mu \nabla^2 \mathbf{v} + \mathbf{f}[/latex].

Per i sistemi continui come i fluidi o i solidi, la conservazione della quantità di moto è espressa in forma differenziale. La velocità di variazione della densità di quantità di moto [latex]\rho \vec{v}[/latex] in un punto è governata dalla divergenza del tensore delle sollecitazioni di Cauchy [latex]\sigma[/latex] e dalle forze del corpo [latex]\vec{f}[/latex]. Ciò è descritto dall'equazione della quantità di moto di Cauchy: [latex]\frac{parziale (\rho \vec{v})}{parziale t} + \nabla \cdot (\rho \vec{v} \otimes \vec{v}) = \nabla \cdot \sigma + \vec{f}[/latex].

Questa legge afferma che la forza elettromotrice (EMF, [latex]\mathcal{E}[/latex]) indotta in qualsiasi circuito chiuso è uguale al negativo del tasso di variazione temporale del flusso magnetico ([latex]\Phi_B[/latex]) attraverso il circuito. L'espressione matematica è [latex]\mathcal{E} = -\frac{d\Phi_B}{dt}[/latex]. Questo principio è alla base dei generatori elettrici, dei trasformatori e degli induttori e descrive l'effetto macroscopico dell'induzione.

Un generatore elettrico è un dispositivo che converte l'energia meccanica in energia elettrica sfruttando l'induzione elettromagnetica. Il progetto di base prevede una bobina di filo che ruota all'interno di un campo magnetico (o un magnete che ruota all'interno di una bobina). Questa rotazione continua altera il flusso magnetico che attraversa la bobina, inducendo una forza elettromotrice (fem) e una corrente alternate, come descritto dalla legge di Faraday.

L'ipotesi del continuo tratta i fluidi come materia continua piuttosto che come molecole discrete. Questa semplificazione è valida quando la scala di lunghezza del problema è molto più grande della distanza intermolecolare, consentendo di definire proprietà come densità e velocità in punti infinitesimamente piccoli. Ciò consente l'uso di equazioni differenziali per descrivere il comportamento macroscopico del flusso di fluidi.

Il momento magnetico di un magnete è una quantità vettoriale che caratterizza le sue proprietà magnetiche complessive. Può essere visualizzato come un dipolo magnetico, un'ipotetica coppia di poli nord e sud separati da una certa distanza. Il momento punta dal polo sud al polo nord. Per un anello di corrente, il momento magnetico [latex]\vec{\mu} = I \vec{A}[/latex], dove I è la corrente e A è il vettore area.

Il tensore delle sollecitazioni di Cauchy, indicato con [latex]\boldsymbol{\sigma}[/latex], è un tensore del secondo ordine che definisce completamente lo stato di sollecitazione in un punto all'interno di un materiale. Mette in relazione il vettore trazione (forza per unità di area) [latex]\mathbf{T}[/latex] su qualsiasi superficie passante per quel punto con il vettore normale della superficie [latex]\mathbf{n}[/latex] attraverso la relazione lineare [latex]\mathbf{T} = \boldsymbol{\sigma} \cdot \mathbf{n}[/latex].

Una fonte primaria di forza elettromotrice è l'induzione elettromagnetica, descritta dalla legge di Faraday. Essa afferma che un flusso magnetico variabile nel tempo [latex]\Phi_B[/latex] attraverso un circuito ad anello induce un CEM ([latex]\mathcal{E}[/latex]). L'entità del CEM è proporzionale alla velocità di variazione del flusso, data dall'equazione [latex]\mathcal{E} = - \frac{d\Phi_B}{dt}[/latex]. Questo principio è alla base dei generatori elettrici, dei trasformatori e degli induttori.

Quando l'indotto di un motore ruota, i suoi conduttori tagliano il campo magnetico, inducendo una tensione secondo la legge di Faraday sull'induzione. Questa 'back-EMF' si oppone alla tensione principale che aziona il motore. La sua entità è direttamente proporzionale alla velocità di rotazione del motore ([latex]\mathcal{E}_{back} \propto \omega[/latex]). Questo fenomeno è fondamentale per l'autoregolazione della velocità del motore e dell'assorbimento di corrente.

L'autoinduttanza è la proprietà di un circuito elettrico per cui una variazione della corrente che lo attraversa induce una forza elettromotrice (EMF) nel circuito stesso. Questa 'CEM di ritorno' si oppone alla variazione di corrente, come previsto dalla legge di Lenz. La relazione è data dalla formula [latex]mathcal{E}_L = -L frac{dI}{dt}[/latex], dove L è l'autoinduttanza, misurata in Henries (H).