27 votos

Flujo a través de una banda de Möbius

Un amigo me preguntó cuál es el flujo del campo eléctrico (o de cualquier campo vectorial como $$ \vec r=(x,y,z)\mapsto \frac{\vec r}{|r|^3} $$ (donde $|r|=(x^2+y^2+z^2)^{1/2}$ ) a través de una banda de Möbius. Me parece que no hay manera de calcularlo de la manera "estándar" porque la banda no es orientable, pero si pienso en el hecho de que tal banda puede efectivamente construirse (por ejemplo, utilizando una fina capa de metal), también creo que una respuesta debe ser expresable matemáticamente.

Buscando en la wikipedia encontré que :

Una resistencia de Möbius es un componente eléctrico formado por dos superficies conductoras separadas por un material dieléctrico, retorcidas 180º y conectadas para formar una banda de Möbius. Proporciona una resistencia que no tiene autoinductancia residual, lo que significa que puede resistir el flujo de electricidad sin provocar al mismo tiempo interferencias magnéticas.

¿Cómo puedo relacionar la frase resaltada con algún teorema conocido de geometría diferencial (física, análisis?)?

¡Muchas gracias!


Ahora, estoy convencido de que no hay forma de aplicar la ley de Gauss, ya que no hay formas de delimitar una porción de espacio con una banda de Moöbius. No obstante, me gustaría "ver" algunas ecuaciones que me demuestren que "[la resistencia de Möbius] puede resistir el flujo de electricidad sin causar interferencias magnéticas al mismo tiempo".

11voto

Suponiendo que el material de la tira es un buen conductor, cualquier carga y corriente en la tira debe terminar en el límite. Esto es cierto al menos en el límite de una pequeña f.e.m. aplicada, por lo que no es realmente la ley de Gauss, sino la ley de Ampere lo que estás buscando aquí:

$$ \int_{\partial M} I \cdot \mathrm dl = \Phi_B $$

es decir, la integral de línea de la corriente $I$ alrededor del límite $\partial M$ de la banda de Mobius $M$ . Esta cantidad es en realidad un invariante topológico de la variedad (en este caso $M$ ) en cuestión. En el caso de la banda de Mobius es como puede verse que es cero comenzando en un punto cualquiera de la frontera y evaluando la integral a medida que uno se mueve a lo largo del borde durante un ciclo completo.

Fuente de la imagen

Nota : Algunas de las flechas son incorrectas. Piensa en la franja como una autopista cuyo eje vertical pasa por el centro, donde los coches circulan sólo por los bordes. Puedes dividir el borde en partes "superior" e "inferior", entonces la corriente debería circular en un sentido en la mitad "superior" y en el sentido contrario en la mitad "inferior", cambiando de dirección en el lugar donde se encuentra el "intercambiador". Etiquete en consecuencia.

i-Ciencias.com

I-Ciencias es una comunidad de estudiantes y amantes de la ciencia en la que puedes resolver tus problemas y dudas.
Puedes consultar las preguntas de otros usuarios, hacer tus propias preguntas o resolver las de los demás.

Powered by:

X