使用外加源的自由与束缚电荷发电机的电动力学及对麦克斯韦方程组的修正

将外部能量转化为电能是发电站和能量收集运行的基础。外部源向自由电荷或束缚电荷提供单位电荷外加力以产生交流电。我们通过无任何外加电场的时间相关永久极化分析了理想发电机的电动力学，这种极化修正了本构关系并且对于以无损方式使电荷振荡至关重要。对于这两种情况，我们表明麦克斯韦方程组，特别是法拉第定律被修正，同时通过添加有效外加磁流边界源修正了所需的边界条件。对于自由电荷情况，我们重点分析了基于洛伦兹力的电磁发电机示例，其中使导体极化的单位电荷外加力来自于导体相对于静止直流磁场的自由电荷以给定速度的机械运动。束缚电荷发电机是具有时间相关永久极化的理想化永久极化驻极体，这是压电纳米发电机背后的基本原理。在开路状态下，这两种发电机都等效于理想化的赫兹偶极子，其开路电压等于感应电动势。通过分析短路响应，我们表明束缚电荷发电机具有容性源阻抗。相反，我们表明对于理想的自由电荷交流发电机，定义短路的环路电感产生的反电动势直接抵消了源电动势，因此电感两端的电压完全由磁流边界源决定。因此，我们确定磁流边界源是最佳描述交流发电机输出电压的拓扑不变量。