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Força eletromotriz do movimento

1890
  • Hendrik Lorentz
Gerador homopolar que demonstra a força eletromotriz de movimento em eletricidade e magnetismo.

(Imagem gerada apenas para fins ilustrativos)

Motivacional EMF é gerado quando um condutor se move através de um campo magnético. A componente magnética do Força de Lorentz, [latex]mathbf{F} = q(mathbf{v} times mathbf{B})[/latex], atua sobre os portadores de carga dentro do condutor, fazendo com que se movam e criem uma separação de carga. Essa separação estabelece um campo elétrico e uma diferença de potencial. A FEM resultante é dada pela integral de linha [latex]mathcal{E} = oint (mathbf{v} times mathbf{B}) cdot dmathbf{l}[/latex].

Motivacional EMF is a direct consequence of the Força 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].

O campo elétrico efetivo experimentado pelas cargas, [latex]mathbf{E}_{eff} = mathbf{v} times mathbf{B}[/latex], é um campo não conservativo que impulsiona a corrente. A força eletromotriz (FEM) é o trabalho realizado por unidade de carga por esse campo efetivo, integrado ao longo do comprimento do condutor. Para um fio reto de comprimento [latex]L[/latex] movendo-se perpendicularmente a um campo uniforme [latex]B[/latex], a FEM se simplifica para [latex]mathcal{E} = BLv[/latex]. Embora a FEM de movimento possa ser vista como um caso específico da lei da indução de Faraday (em termos de fluxo variável), a perspectiva da força de Lorentz fornece uma explicação mais microscópica do mecanismo responsável pela separação de cargas e pela tensão resultante.

UNESCO Nomenclature: 2205
Eletricidade e Magnetismo

Tipo

Fenômeno físico

Interrupção

Substancial

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • A descoberta da indução eletromagnética por Michael Faraday
  • James Clerk Maxwell’s equations of electromagnetism
  • Descoberta do elétron por J.J. Thomson

Aplicações

  • geradores homopolares
  • canhões de trilho
  • geradores magnetohidrodinâmicos (MHD)
  • corrente de Foucault freios
  • amarras eletrodinâmicas no espaço

Patentes:

NA

Ideias de Inovação Potencial

  • spacecraft propulsion using electrodynamic tethers interacting with planetary magnetic fields
  • power generation from ocean currents moving conductive seawater through earth’s magnetic field
  • self-powered implantes médicos that generate power from blood flow through an applied magnetic field
  • vibration energy harvesters using magnets oscillating relative to coils
  • contactless flow meters for conductive fluids in industrial pipes
  • hypervelocity projectile launchers (railguns) for space launch applications
  • mhd systems for silent submarine propulsion
  • high-g sensors based on the emf generated in a moving conductive fluid
Relacionado a: força eletromotriz de movimento, força de Lorentz, campo magnético, condutor, velocidade, gerador, separação de cargas, indução.

Contexto histórico

Força eletromotriz do movimento

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

(Caso a data seja desconhecida ou irrelevante, por exemplo, "mecânica dos fluidos", é fornecida uma estimativa aproximada de seu surgimento notável)

10º ano aniversário

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