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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].

A força eletromotriz induzida pelo movimento é uma consequência direta da força de Lorentz que atua sobre as cargas móveis dentro de um condutor que se move em relação a um campo magnético. À medida que o condutor se move com velocidade [latex]mathbf{v}[/latex] através de um campo magnético [latex]mathbf{B}[/latex], as cargas livres (elétrons) em seu interior experimentam uma força magnética [latex]mathbf{F}_m = q(mathbf{v} times mathbf{B})[/latex]. Essa força é perpendicular tanto à velocidade quanto ao campo magnético, fazendo com que as cargas se acumulem em uma extremidade do condutor, deixando a outra extremidade com uma carga positiva líquida. Essa separação de cargas cria um campo eletrostático interno [latex]mathbf{E}_e[/latex] que se opõe à migração adicional de cargas. O equilíbrio é atingido quando a força eletrostática [latex]mathbf{F}_e = qmathbf{E}_e[/latex] equilibra exatamente a força magnética, ou seja, [latex]qmathbf{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)
  • freios de corrente de Foucault
  • amarras eletrodinâmicas no espaço

Patentes:

NA

Ideias de Inovação Potencial

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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
1890
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)

Princípios relacionados à invenção, inovação e tecnologia

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