Máquinas elétricas baseadas em campos elétricos

Nosso professor nos fez essa pergunta durante a palestra sobre Power Electromagnetics. Sabemos que os campos elétricos e os campos magnéticos são facilmente transformáveis um no outro. E eles são muito utilizados em vários sistemas.

Ele nos perguntou por que quase todas as máquinas elétricas ainda são baseadas na troca de energia magnética? Por que o campo elétrico não é usado para troca de energia e interação através de intervalos de ar para uma máquina?

— Digvijay Gusain
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É uma pergunta realmente estranha. Mas tenho a sensação de que isso tem algo a ver com o fato de que o campo elétrico exigirá algum meio (condutor) para transferir energia.

— Eugene Sh.

Tem sido idades para mim desde que eu olhei para coisas como esta, mas o meu primeiro palpite seria investigar em torno da fórmula

. Observe a diferença em -12 e -6.

ε_{0} \approx 9 \cdot 10^{- 12} F/m

$\varepsilon _0\approx 9 \cdot 10 ^{ -12 }\ \text{F/m}$

μ_{0} \approx 1 \cdot 10^{- 6} H/m

$\mu _0 \approx 1 \cdot 10 ^{-6}\ \text{H/m}$

— jippie

O exemplo mais comum de campos elétricos em energia mecânica (neste caso, movimento do ar) é o alto-falante eletrostático. Estudá-los ajudará você a entender o ponto de vista de Jippie.

— Brian Drummond

Possivelmente porque, quando você tem uma voltagem alta o suficiente para produzir um campo elétrico forte o suficiente, que exerce força suficiente para fazer muito trabalho, você já se deparou com o problema de seu isolador (ar) quebrar e faíscas voarem por toda parte.

— brhans

Agora, as pessoas estão realizando transferência de potência capacitiva em níveis "úteis", com o aumento da troca eficiente no nível de GHz. Isso ajuda a lidar com a diferença E6 nas equações de Jippe.

— Russell McMahon

Respostas:

Existem motores eletrostáticos. Eles podem ser uma escolha melhor do que os motores magnéticos para algumas situações.

Por exemplo, confira este motor eletrostático que pode ser usado em locais com campos magnéticos muito fortes, como perto de máquinas de ressonância magnética ...

http://www.shinsei-motor.com/English/techno/

Os motores eletrostáticos também podem usar de forma muito eficiente diretamente alta tensão em corrente muito baixa. O descrito aqui pode ficar para sempre fora do diferencial de tensão entre dois fios separados por algumas dezenas de pés de altura ...

http://www.rexresearch.com/elstatix/esgenmot.htm#sciam

Aqui está um livro prático com muitas informações sobre motores eletrostáticos, incluindo muitos projetos que você mesmo pode construir ...

https://www.amazon.com/Electrostatics-Exploring-Controlling-Electricity-Includes/dp/1885540043/ref=as_sl_pc_ss_til?tag=joshcom-20&linkCode=w01&linkId=GY4GGJ3S5CKUMRHM&creativeASIN=1885543

— bigjosh
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Até a Gramme Machine, as máquinas elétricas eram demonstrações em sala de aula em escala de miliwatts e curiosidades de laboratório. A idéia inovadora de Gramme era escala industrial e era a base para as máquinas "bipolares" de Edison DC que dominavam o mundo nos dias anteriores à Westinghouse.

Os dispositivos de campo eletrônico, ou motores e geradores de eletricidade estática, permanecem não industriais porque o campo máximo é definido por quebra de gás e fornece baixo torque nesse limite. As máquinas de campo B têm um torque enorme no limite de saturação por núcleo. Qual é o tamanho de um motor eletrostático de 1/4 de cavalo? Quão pesado? Quão caro?

Pense bem na caixa! Talvez as coisas mudem na indústria LEO ou "Belter", onde os circuitos de megavolt no ambiente de vácuo rígido são baratos e comuns, e onde o resfriamento de bobinas e núcleos é quase impossível. Crie alguns "músculos" capacitivos de micro-camada para um motor linear de mil HP que requer condições de sala limpa e vácuo como isolamento.

— wbeaty
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Você pode transformar uma corrente elétrica em um campo magnético, que pode exercer forças. Se você deseja um campo forte, basta fazer vários enrolamentos. Se você deseja um forte campo elétrico, precisa de uma corrente magnética. Você não pode criar um condutor com cargas magnéticas fluidas (já que não há cargas magnéticas). Você pode criar um condutor magnético com correntes de deslocamento magnético fluentes, mas a separação entre um condutor de campo magnético e um isolador é muito pior do que entre um condutor de corrente elétrico e um isolador.

Portanto, é mais eficiente transportar energia como corrente elétrica em fios de metal, onde ela pode ser muito bem contida, e aplicá-la com um campo magnético. Você também pode aplicá-lo com um campo elétrico, mas precisaria de tensões muito altas. É mais fácil fazer vários enrolamentos.

Espero que isso faça sentido, estou encobrindo muitos termos técnicos para ilustrar a simetria entre os sistemas.

— Austin
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