¿Podría explicarse el experimento del cable giratorio de Faraday sin usar la fuerza de Lorentz?

Leí el experimento del alambre giratorio de Faraday que resultó en la invención del motor homopolar. Fue lo suficientemente inteligente como para pensarlo de esa manera y hacer que el cable girara alrededor de uno de los polos del imán cilíndrico después de observar el comportamiento del campo magnético alrededor de un cable que lleva corriente. Esto se puede explicar aplicando la fuerza de Lorentz que actúa sobre el alambre.

Estaba pensando si esto podría explicarse sin aplicar la fuerza de Lorentz que actúa sobre el cable que lleva la corriente, pero explicando cómo el campo magnético alrededor del cable que lleva la corriente tiende a alinearse con el campo magnético del imán. Estaba pensando que las "líneas de campo" alrededor del cable tenderían a alinearse con las del imán, pero siempre fallarían y seguirían girando alrededor del imán. Traté de dibujar un diagrama ingrese la descripción de la imagen aquí
: el disco gris es el polo N del imán con sus líneas de campo magnético mostradas en azul (olvidé dibujar flechas). El disco amarillo es el cable portador de corriente con la corriente saliendo de la pantalla y las líneas de campo se muestran en círculos punteados a su alrededor.
No pude encontrar la forma correcta en que las "líneas de campo" alrededor del cable tenderían a alinearse con las del imán y rotarían el cable en sentido antihorario como se indica al aplicar la fuerza de Lorentz en el cable.
En otras situaciones, como un dipolo magnético en un campo magnético externo, esto puede explicarse por el par que actúa sobre los polos opuestos del dipolo o el momento del dipolo que se alinea con el campo magnético externo.
Pero aquí no encuentro polos opuestos ni momento magnético para pensar de esa manera. ¿Estoy cometiendo algún error al pensar así?

Respuestas (3)

Estaba pensando si esto podría explicarse sin aplicar la fuerza de Lorentz que actúa sobre el cable de corriente.

Faraday explicó las interacciones entre los imanes y los conductores que transportan corriente en términos de movimientos relativos. En lugar de que los campos existentes sean un espacio estacionario, Faraday concibió las interacciones como debidas a "líneas de fuerza", que parecían estar unidas a objetos físicos.

Maxwell y Heaviside cambiaron todo eso y reformularon los resultados de Faraday en términos de campos eléctricos y magnéticos . Sin embargo, en las formulaciones de Maxwell/Heaviside, hay una diferencia si un imán está estacionario y un conductor en movimiento, o si el conductor está estacionario y el imán se mueve. (Y lo mismo para los campos eléctricos). La fuerza de Lorentz se formuló para dar cuenta de los resultados experimentales (que solo requieren el conocimiento del movimiento relativo ) en una teoría de campos .

Einstein no estaba satisfecho con esta solución y restauró la idea de que el movimiento relativo es lo importante en un sistema, al postular que lo que es campo eléctrico en un marco se convierte en campo parcialmente magnético en otro marco, y viceversa. Entonces, usamos las matemáticas de acuerdo con las formulaciones de campo de Maxwell/Heaviside y Lorentz, pero comprendemos que solo el movimiento relativo de las partes de un sistema es importante, según Faraday y Einstein.

Bajo las condiciones que ha dibujado, el cable se moverá hacia arriba (CCW con el polo N como centro). La teoría detrás de esto es que las líneas magnéticas (del imán y el cable) se cancelan en la parte superior del cable, mientras que en la parte inferior se refuerzan entre sí. Esto hace que el cable se mueva hacia la izquierda . Mi forma de pensar es que la cancelación crea un "vacío", mientras que el refuerzo crea "presión". El resultado neto de esto es obligar al cable a moverse en la dirección del "vacío".

En realidad, se supone que debe usar la regla de la mano izquierda cuando se trata de motores. La regla de la mano derecha se usa para generadores.
Uno usa la regla de la mano derecha en el orden actual I, campo magnético B y la fuerza de Lorentz resultante F. Esta es la regla para el motor eléctrico. Pero es posible reordenar esta regla al generador eléctrico y al campo magnético. Vea cómo volver a pedirlo. ¡Presta atención, que esto solo se puede aplicar para el caso especial de vectores perpendiculares!

líneas de campo refuerzan

En la parte superior, las líneas de campo intentan alinearse y la atracción da como resultado un movimiento hacia arriba. En la parte inferior, las líneas de campo se repelen entre sí y provocan un movimiento en la misma dirección. Por lo tanto, el cable se mueve CCW.

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