自由和束缚电荷发电机的电动力学：使用激励源和对麦克斯韦方程的修正
摘要：外部能量转化为电能是发电站和能量收集操作的基础。外部能源为每单位电荷提供了作用力，以释放或束缚电荷以产生交流电。我们通过一个没有任何外加电场的时变永久极化分析理想电力发电机的电动力学，这种永久极化修改了本构关系，在无损耗的情况下使电荷振荡成为可能。对于这两种情况，我们展示了麦克斯韦方程组，特别是法拉第定律的修正，并通过添加一个有效的外加磁电流边界源改变了所需的边界条件。对于自由电荷情况，我们重点介绍了基于洛伦兹力的电磁发电机的例子，其中极化导体的每单位电荷所受到的外加力来自于自由电荷相对于静止的直流磁场的导体的运动。束缚电荷发电机是一个理想的具有时变永久极化的棒状静电感应体，这是压电纳米发电机背后的基本原理。在空载态下，这两个发电机等效于理想的赫兹偶极子，开路电压等于感应电动势。通过分析短路响应，我们展示了束缚电荷发电机具有电容源阻抗。相反，我们展示了对于理想的自由电荷交流发电机，由于定义了短路的线圈的电感的反电动势直接抵消了源电动势，所以电感器上的电压完全由磁电流边界源决定。因此，我们确定磁电流边界源是最佳描述交流发电机输出电压的拓扑不变量。
作者：Michael E. Tobar, Ben T. McAllister, Maxim Goryachev
论文ID：1904.05774
分类：Classical Physics
分类简称：physics.class-ph
提交时间：2021-01-08