تاريخ الفيزياء
علماء الفيزياء
الفيزياء الكلاسيكية
الميكانيك
الديناميكا الحرارية
الكهربائية والمغناطيسية
الكهربائية
المغناطيسية
الكهرومغناطيسية
علم البصريات
تاريخ علم البصريات
الضوء
مواضيع عامة في علم البصريات
الصوت
الفيزياء الحديثة
النظرية النسبية
النظرية النسبية الخاصة
النظرية النسبية العامة
مواضيع عامة في النظرية النسبية
ميكانيكا الكم
الفيزياء الذرية
الفيزياء الجزيئية
الفيزياء النووية
مواضيع عامة في الفيزياء النووية
النشاط الاشعاعي
فيزياء الحالة الصلبة
الموصلات
أشباه الموصلات
العوازل
مواضيع عامة في الفيزياء الصلبة
فيزياء الجوامد
الليزر
أنواع الليزر
بعض تطبيقات الليزر
مواضيع عامة في الليزر
علم الفلك
تاريخ وعلماء علم الفلك
الثقوب السوداء
المجموعة الشمسية
الشمس
كوكب عطارد
كوكب الزهرة
كوكب الأرض
كوكب المريخ
كوكب المشتري
كوكب زحل
كوكب أورانوس
كوكب نبتون
كوكب بلوتو
القمر
كواكب ومواضيع اخرى
مواضيع عامة في علم الفلك
النجوم
البلازما
الألكترونيات
خواص المادة
الطاقة البديلة
الطاقة الشمسية
مواضيع عامة في الطاقة البديلة
المد والجزر
فيزياء الجسيمات
الفيزياء والعلوم الأخرى
الفيزياء الكيميائية
الفيزياء الرياضية
الفيزياء الحيوية
الفيزياء العامة
مواضيع عامة في الفيزياء
تجارب فيزيائية
مصطلحات وتعاريف فيزيائية
وحدات القياس الفيزيائية
طرائف الفيزياء
مواضيع اخرى
Faraday’s Homopolar Generator
المؤلف:
Sidney B. Cahn Boris E. Nadgorny
المصدر:
A GUIDE TO PHYSICS PROBLEMS
الجزء والصفحة:
part 1 , p 62
9-8-2016
2608
Faraday’s Homopolar Generator
Consider a perfectly conducting disk of radius r0 in a constant magnetic field B perpendicular to the plane of the disk. Sliding contacts are provided
Figure 1.1
at the edge of the disk (C1) and at its axle (C2) (see Figure 1.1). This system is Faraday’s “homopolar generator.” When turned at constant angular velocity, it provides a large direct current with no ripple. A torque is produced by a mass M hung on a long string wrapped around the perimeter of the disk.
a) Explain how and why a current flows. Give a quantitative expression for the current as a function of angular velocity.
b) Given a long enough string, this system will reach a constant angular velocity ωf . Find this ωf and the associated current.
SOLUTION
a) Consider an electron at a distance r from the axle (see Figure 1.2). It experiences a Lorentz force
(1)
with v = ω × r, so we have a radial force Fr acting on the electron:
(2)
where is the electron charge. Therefore, the equivalent electric field E = -(1/c)ωRr, and the voltage between C2 and C1 is
The current i through the resistor R is given by
(3)
Figure 1.2
b) The power P dissipated in the resistance can be found from (3)
The kinetic energy of the disk
(4)
where I is the moment of inertia of the disk. From energy conservation, we may write
(5)
For a constant angular velocity we have
(6)
So
(7)
and
(8)