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運動起電力

1890
  • Hendrik Lorentz
Homopolar generator demonstrating motional electromotive force in electricity and magnetism.

(画像はイメージです)

モーション EMF 導体が磁場を通過するときに発生する。 ローレンツ力、 、 、 は導体内の電荷キャリアに作用し、電荷キャリアを移動させて電荷分離を引き起こします。この分離により電場と電位差が生じます。結果として生じる起電力は、線積分 、 、 、 で与えられます。

運動起電力は、磁場に対して相対的に移動する導体内部の可動電荷に作用するローレンツ力の直接的な結果です。導体が磁場 [latex]mathbf{B}[/latex] 中を速度 [latex]mathbf{v}[/latex] で移動すると、導体内部の自由電荷 (電子) は磁力 [latex]mathbf{F}_m = q(mathbf{v} times mathbf{B})[/latex] を受けます。この力は速度と磁場の両方に垂直であるため、電荷は導体の一方の端に蓄積され、もう一方の端には正味の正電荷が残ります。この電荷分離により、電荷のさらなる移動を妨げる内部静電場 [latex]mathbf{E}_e[/latex] が生成されます。静電気力[latex]mathbf{F}_e = qmathbf{E}_e[/latex]が磁力と完全に釣り合うとき、すなわち[latex]qmathbf{E}_e = -q(mathbf{v} times mathbf{B})[/latex]に平衡状態に達する。

電荷が受ける有効電場 [latex]mathbf{E}_{eff} = mathbf{v} times mathbf{B}[/latex] は、電流を駆動する非保存場です。起電力は、この有効電場が導体の長さに沿って積分した単位電荷あたりの仕事です。長さ [latex]L[/latex] の直線導線が均一電場 [latex]B[/latex] に垂直に移動する場合、起電力は [latex]mathcal{E} = BLv[/latex] に簡略化されます。運動起電力は、ファラデーの誘導法則 (変化する磁束の観点から) の特定のケースと見なすことができますが、ローレンツ力の観点からは、電荷分離と結果として生じる電圧の原因となるメカニズムについて、より微視的な説明が得られます。

UNESCO Nomenclature: 2205
電気と磁気

タイプ

物理現象

混乱

実質的な

使用法

広く普及している

前駆物質

  • マイケル・ファラデーによる電磁誘導の発見
  • ジェームズ・クラーク・マクスウェルの電磁気学の方程式
  • J.J.トムソンによる電子の発見

アプリケーション

  • 単極発電機
  • レールガン
  • 磁気流体力学(MHD)発電機
  • 渦電流ブレーキ
  • 宇宙空間における電気力学的テザー

特許:

NA

潜在的なイノベーションのアイデア

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関連キーワード:運動起電力、ローレンツ力、磁場、導体、速度、発電機、電荷分離、誘導。

歴史的背景

運動起電力

1887
1888
1889
1890
1890
1895
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1895
1896

(日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。)

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