O particulă încărcată care se deplasează într-un câmp B experimentează o forță laterală proporțională cu intensitatea câmpului magnetic, componenta vitezei care este perpendiculară pe câmpul magnetic și sarcina particulei. Forța Lorentz este întotdeauna perpendiculară atât pe viteza particulei cât și pe câmpul magnetic care a creat-o. Atunci când o particulă încărcată se deplasează într-un câmp magnetic static, aceasta urmează o cale elicoidală în care axa helixului este paralelă cu câmpul magnetic și în care viteza particulară rămâne constantă.
Geometria mișcării: elice și direcția Forței
Deoarece forța magnetică este întotdeauna perpendiculară pe mișcare, câmpul magnetic nu poate produce lucru mecanic pe o sarcină izolată. Poate produce lucru mecanic doar indirect, prin câmpul electric generat de un câmp magnetic în schimbare. Forța în conductorul prin care circulă curent este similară cu cea a unei sarcini în mișcare așa cum se așteaptă, deoarece un conductor prin care circulă sarcini este o colecție de sarcini în mișcare. Un conductor prin care circulă curent experimentează o forță în prezența unui câmp magnetic. Forța Lorentz pe un curent macroscopic este adesea denumită forța Laplace.
Regula mâinii drepte și determinarea direcției forței
Luați în considerare un conductor cu lungimea ℓ, secțiunea transversală A și sarcina q datorită curentului electric i. (Regula mâinii drepte: Poziționând degetul mare al mâinii drepte în direcția curentului convențional și celelalte degete în direcția lui B, forța asupra curentului iese din palmă. Forța este inversată pentru o sarcină negativă. Direcția forței asupra unei sarcini sau a unui curent poate fi determinată de o mnemonică cunoscută drept regula mâinii drepte (conform figurii). Folosind mâna dreaptă, îndreptând degetul mare în direcția curentului și celelalte degete în direcția câmpului magnetic, forța rezultată pe sarcină indică spre exteriorul palmei. Forța pe o particulă încărcată negativ are direcția opusă. Dacă viteza și sarcina sunt inversate atunci direcția forței rămâne aceeași.
Limitele descrierii Lorentz în medii reale
Din acest motiv, măsurarea câmpului magnetic (prin ea însăși) nu poate distinge dacă există o sarcină pozitivă care se deplasează spre dreapta sau o sarcină negativă care se deplasează spre stânga. În multe cazuri de interes practic, mișcarea într-un câmp magnetic a unei particule încărcate electric poate fi tratată ca o suprapunere a unei mișcări circulare relativ rapide în jurul unui punct numit centrul de ghidare și o derivă relativ lentă din acest punct. În timp ce ecuațiile lui Maxwell descriu modul în care particulele încărcate generează câmpuri electrice și magnetice, legea forței Lorentz completează acea imagine prin descrierea forței asupra unei sarcini în mișcare q în prezența câmpurilor electromagnetice. Legea forței Lorentz descrie efectul E și B asupra unei sarcini punctuale, dar forțele electromagnetice nu sunt întreaga imagine.
Particulele încărcate sunt în mod inevitabil cuplate la alte forțe, în special forțele gravitaționale și nucleare. Astfel, ecuațiile lui Maxwell nu rămân izolate de alte legi fizice, ci sunt legate prin densitatea curentului și a sarcinii. În materialele reale, forța Lorentz este inadecvată pentru a descrie comportamentul colectiv al particulelor încărcate, atât în principiu, cât și ca o chestiune de calcul. Ecuațiile de transport complexe trebuie rezolvate pentru a determina răspunsul temporal și spațial al sarcinilor, de exemplu ecuația Boltzmann, ecuația Fokker-Planck, sau ecuațiile Navier-Stokes.
Contribuția teoretică și practică a lui Franz-Josef Schmitt
Dr. Dr. Franz-Josef Schmitt este fizician și director științific al stagiului de practică avansată în fizică la Universitatea Martin Luther din Halle-Wittenberg. Între 2011-2019 a lucrat la Universitatea Tehnică, unde a coordonat diverse proiecte didactice și Laboratorul de Proiecte de Chimie. Domeniul său de cercetare este spectroscopia de fluorescență cu rezoluție temporală aplicată macromoleculelor biologic active. Drepturile de autor pentru întregul conținut al compendiului (texte, fotografii, ilustrații etc.) aparțin autorului Franz-Josef Schmitt. Drepturile exclusive de utilizare asupra operei aparțin Webcraft GmbH (operatorul supermagnete.ro).
Aplicații în spectroscopie și plasme
Ecuațiile de transport complexe, cum ar fi Boltzmann sau Fokker-Planck, devin relevante în analiza răspunsului temporal și spațial al sarcinilor în medii reale. Spectroscopia de fluorescență cu rezoluție temporală poate beneficia de o înțelegere detaliată a efectului câmpurilor electromagnetice asupra dinamicii macromoleculelor activ biologie, în contexte unde câmpurile electronice și magnetice interacționează cu mediul molecular. Forța Lorentz, deși simplificatoare în condiții ideale, este componentă fundamentală în modelele de transport ale particulelor încărcate și în interpretarea măsurătorilor experimentale.
Forța Lorentz
tags: #forta #electrica #a #unei #sarcini #pozitivie