¿Sería necesario el flujo magnético para sistemas análogos?

Aprendí sobre la analogía entre los sistemas mecánicos y eléctricos hace unos meses (con la ayuda de Feynman). Ayer, mi profesora estaba dando una conferencia sobre este tema, cuando dijo que los sistemas eléctricos se pueden escribir de dos maneras: ya sea usando la fuente de voltaje o usando la fuente de corriente (dibujando los análogos equivalentes y escribiendo ecuaciones diferenciales).

Siempre he pensado que las fuentes de corriente son construcciones abstractas para que los ingenieros eléctricos resuelvan problemas a su manera aburrida, análisis de nodos y demás, ya que es el voltaje el que impulsa los electrones libres (por lo tanto, la corriente).

De todos modos, mi confusión fue sobre algo llamado sistema análogo "Fuerza-Corriente", donde la situación se ha vuelto loca . Aquí está mi dibujo (bastante feo) de su ejemplo. Se nos pidió que dibujáramos los análogos eléctricos equivalentes. (Es una convención que cada vez que hacemos uso de la fuente actual, los analizamos usando nodos)

Puedo entender el F V sistema bien. Porque, hace uso del análogo:

  • X q
  • metro L
  • C R
  • k 1 / C

Pero, se vuelve difícil de percibir, cuando la fuente actual F I entra en juego. Ahora, los análogos están locos ... ( Nota: este análogo no fue discutido por Feynman)

  • X ϕ
  • metro C
  • C 1 / R
  • k 1 / L

¿Es correcto, en realidad? Soy escéptico acerca de este tipo de mapeo. En este caso, GRAMO = 1 / R es la conductancia (que es algo análogo al factor de amortiguamiento C ). ¿Significaría esto que la conductancia es la resistencia real aquí? Y, más bicho raro: la capacitancia es análoga a la masa.


Los DE para este sistema son algo largos. Elegiré un circuito RLC para expresar mi punto.

En términos de F V , (usando X q )

V R = R d q d t ,     V L = L d 2 q d t 2 ,     V C = q C

Ahora, usando F I , (usando X ϕ )

I R = 1 R d ϕ d t ,     I L = ϕ L ,     I C = C d 2 ϕ d t 2

El X q estaba bien, porque el movimiento de la carga es corriente, y esa es la base de todos los sistemas eléctricos. Pero el X ϕ es inconcebible. El flujo magnético, cómo ϕ Se necesitan cambios, fem inducida, etc. para los inductores. Sí, pero ¿cómo se pueden aplicar a resistencias o condensadores?

Con este marco para escribir las ecuaciones diferenciales, parece como si el flujo magnético fuera el mecanismo de relojería detrás del funcionamiento de dicho sistema.

Este horror me hizo pensar que el F I analógico (usando ϕ ) es solo otra construcción matemática abstracta para escribir ecuaciones diferenciales. ¿Tengo razón? ¿Es razonable en absoluto?

Por supuesto que es solo un diccionario que muestra el isomorfismo matemático entre ecuaciones diferenciales que aparecen en ambos lados. Algunas de sus entradas no están de acuerdo con Feynman: ¿por qué no copió su tabla con precisión?
Estimado @Luboš: Bueno, puedo entender la equivalencia para el F V sistema bastante bien. ¿Puedes especificar cuál de esas entradas no está de acuerdo? En su conferencia, Feynman abordó solo el sistema análogo al voltaje (que entiendo muy bien). Solo las últimas entradas (para el análogo actual) me confunden (que no fue abordado por Feynman)
¿Ha intentado escribir las ecuaciones que gobiernan el movimiento del sistema FI? Eso debería aclararte esto.
@Floris: revisé mi pregunta con una muestra de las ecuaciones diferenciales que obviamente muestran mi confusión :)
@Waffle'sCrazyPeanut, lo siento, no están en desacuerdo, usaste el C notación mientras lo llamo metro γ .

Respuestas (2)

Creo que hay algo mal con tu mapeo.

Mirando http://lpsa.swarthmore.edu/Analogs/ElectricalMechanicalAnalogs.html , veo la siguiente tabla:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Esto es inconsistente con el mapeo que está mostrando.

Puedo entender esta tabla, no puedo entender la tuya. Creo que se deslizó un error, lo que explicaría razonablemente su confusión.

Espero comentarios!

Hmmm... Ese es un enlace útil. Parece que has dado las relaciones inversas V F y I F . Según su enlace (y el argumento de Phonon), podría suponer que el equivalente de la fuente actual es (probablemente) matemático , por lo que no creo que deba esperar una explicación intuitiva para eso. De todos modos, gracias por tu respuesta :)

Para agregar a la respuesta de Floris, solo para elaborar de una manera muy básica de qué manera difieren el enlace de flujo (análogo del desplazamiento x en la analogía de Force Current) y el flujo magnético.

Considere el escenario donde está presente un campo magnético y tenemos un circuito abierto que se ha cerrado con una varilla metálica. Como muestra la imagen:ingrese la descripción de la imagen aquí

Sabemos que la EMF inducida es ϵ = B A t ( A : superficie encerrada por el circuito) o mejor expresado en términos de tasa de cambio de flujo magnético d Φ d t . Ahora, para aumentar la EMF inducida, además de aumentar v (por lo tanto aumentando A ) y aumentando simplemente la intensidad de campo B , existe otra posibilidad, que es aumentar el número de vueltas del cable N en el circuito. Al hacerlo, el flujo no se ha alterado, pero el enlace de flujo norte Φ habrá aumentado. Para completar la ley de inducción de Faraday, se tiene en cuenta la ley de Lenz, finalmente la tasa de cambio del enlace de flujo:

ϵ = norte d Φ d t

Finalmente, intuitivamente hablando, tiene sentido reemplazar el desplazamiento x con el enlace de flujo magnético norte Φ como sabemos que en el circuito los resortes son reemplazados por inductores.

(estirando el resorte creciente norte en inductores).

Sí, estoy de acuerdo con su argumento de que el voltaje puede considerarse como un cambio en el flujo magnético. Gracias :)