Solo el campo magnético variable induce EMF, ¿por qué?

Solo el campo magnético variable induce EMF, ¿por qué?

Es más fácil responder a esta pregunta en términos de corrientes y fuerzas. La EMF de un cable es solo el camino integral de la fuerza que sienten las cargas en el cable. Un campo magnético cambiante es causado por corrientes cambiantes. Las corrientes cambiantes son causadas por cargas aceleradas. Entonces, su pregunta puede escribirse como: “¿Por qué las cargas aceleradas causan una fuerza sobre las cargas en un cable distante?”

Que puedo responder. Considera la figura. Inicialmente, un electrón había estado en reposo en el origen durante mucho tiempo y su campo eléctrico llenó todo el espacio cercano. Luego, en t = 0, el electrón se aceleró durante 1 nanosegundo a la mitad de la velocidad de la luz. Se movió 0.25 nanosegundos de luz durante ese tiempo. Luego se le permitió continuar a la mitad de la velocidad de la luz durante otro nanosegundo. La aceleración se comunica al universo por una onda saliente en el campo.

El círculo discontinuo externo está centrado en el origen y tiene un radio de dos nanosegundos. El círculo exterior es el borde de ataque de la ola. Le dice al universo que la carga que estaba en el origen se está acelerando y el campo está cambiando. El círculo interno está centrado 0.25 nanosegundos de luz a la derecha del origen, que coincide con el punto en que estaba el electrón cuando cesó la aceleración. Le dice al universo que la aceleración se ha detenido y que se están estableciendo nuevos valores de campo.

La aceleración se aplica suavemente, por lo que esperamos que el campo E sea continuo durante toda la onda. Las líneas del flujo E deben ser continuas. Puedes ver lo que pasa. Cuando el electrón se acelera hacia la derecha, el campo E se mueve hacia la derecha en casi todas partes. Cuando la onda encuentra un electrón, sentirá una fuerza a la izquierda (opuesta al campo E). Sentirá una fuerza hacia la izquierda de todos los electrones que se aceleran hacia la derecha, ya sea hacia la derecha o hacia la izquierda o arriba o abajo.

Nota: La cifra es cruda y no del todo precisa. Es solo para transmitir la esencia de la explicación. A la mitad de la velocidad de la luz, los efectos relativistas serían evidentes. Las líneas de campo dentro de la onda probablemente no serían líneas rectas y su forma probablemente dependería del perfil de aceleración.

Imagina que tuvieras una pala con un agujero, y en el agujero hubiera una pequeña hélice. Cuando mueve la pala a través del agua, la hélice girará en una dirección y, si la mueve hacia el otro lado, la hélice gira hacia el otro lado. No importa si la pala se mueve o si el agua fluye a su alrededor, es solo el movimiento relativo entre la pala y el agua lo que hace que la hélice gire. El agua es como el campo magnético, el giro del propulsor es como la corriente en una bobina de alambre movida a través de un campo magnético.

Comprender la física a menudo es solo una cuestión de encontrar la analogía correcta.

¿Quién lo dijo? De hecho, el campo eléctrico variable también hace lo mismo. Los campos magnéticos variables producen campos eléctricos variables y viceversa. Pero la permitividad es muy menor, de hecho, aproximadamente 10.000 veces menor que la permeabilidad. Entonces usamos el campo magnético como medio para generar fem.

En algunos casos, como las cargas del generador Van de Graaf, se mueven físicamente en un campo eléctrico para generar altos voltajes de CC, aunque esto no está relacionado con el concepto inducido de fem, este es solo uno de los pocos casos en los que puedo pensar en dónde se usan los campos eléctricos. medio.

La corriente no solo es inducida por un campo magnético variable. La Ley de Amperes es un ejemplo de inducción de corriente mediante el flujo magnético variable a través de un área, no el campo magnético en sí.

Ahora, en cuanto a por qué funciona de esa manera … bueno … no lo sabemos. Sabemos que los experimentos van de acuerdo con las leyes que hemos descubierto, pero no podemos saber por qué esas leyes funcionan de esa manera.

Tendríamos que saber por qué la naturaleza funciona como lo hace.

Eso violaría la conservación de la energía. Si eso fuera cierto, cualquier imán sería una fuente infinita de energía. Movimiento perpetuo Y fuente de energía infinita, todo en uno. Imposible.

Por qué no? Es como si solo moverse te lleva de un lugar a otro. Así son las cosas.