Junto com a força de Ampère, interação de Coulomb, campos eletromagnéticos, o conceito de força de Lorentz é freqüentemente encontrado na física. Este fenômeno é um dos fundamentais na engenharia elétrica e eletrônica, juntamente com, e outros. Atua sobre cargas que se movem em um campo magnético. Neste artigo, consideraremos de forma breve e clara o que é a força de Lorentz e onde ela é aplicada.
Quando os elétrons se movem através de um condutor, um campo magnético se desenvolve ao seu redor. Ao mesmo tempo, se você colocar o condutor em um campo magnético transversal e movê-lo, ocorrerá uma EMF de indução eletromagnética. Se uma corrente flui através de um condutor que está em um campo magnético, a força Ampère atua sobre ele.
Seu valor depende da corrente que flui, do comprimento do condutor, da magnitude do vetor de indução magnética e do seno do ângulo entre as linhas campo magnético e condutor. É calculado pela fórmula:
A força em consideração é um pouco semelhante à discutida acima, mas não atua em um condutor, mas em uma partícula carregada em movimento em um campo magnético. A fórmula se parece com:
Importante! A força de Lorentz (Fl) atua sobre um elétron que se move em um campo magnético, e Ampère atua sobre um condutor.
A partir das duas fórmulas, pode-se ver que, tanto no primeiro quanto no segundo caso, quanto mais próximo o seno do ângulo alfa de 90 graus, maior o efeito que Fa ou Fl tem sobre o condutor ou carga, respectivamente.
Assim, a força de Lorentz caracteriza não uma mudança na magnitude da velocidade, mas que tipo de influência ocorre do lado do campo magnético em um elétron carregado ou um íon positivo. Quando exposto a eles, Fl não funciona. Conseqüentemente, é a direção da velocidade da partícula carregada que muda, e não sua magnitude.
Quanto à unidade de medida da força de Lorentz, como no caso de outras forças na física, é usada uma quantidade como Newton. Seus componentes:
Para determinar a direção da força de Lorentz, como com a força de Ampère, a regra da mão esquerda funciona. Isso significa que, para entender para onde o valor de Fl está direcionado, você precisa abrir a palma da mão esquerda para que as linhas de indução magnética entrem na mão e os quatro dedos estendidos indiquem a direção do vetor velocidade. Então dedão, dobrado em ângulo reto com a palma da mão, indica a direção da força de Lorentz. Na figura abaixo você vê como determinar a direção.
Atenção! A direção da ação lorentziana é perpendicular ao movimento da partícula e às linhas de indução magnética.
Nesse caso, para ser mais preciso, para partículas carregadas positivamente e negativamente, a direção dos quatro dedos estendidos importa. A regra da mão esquerda descrita acima é formulada para uma partícula positiva. Se estiver carregado negativamente, as linhas de indução magnética devem ser direcionadas não para a palma da mão aberta, mas para ela verso, e a direção do vetor Fl será oposta.
Agora vamos contar em palavras simples o que esse fenômeno nos dá e que efeito real ele tem nas cargas. Suponhamos que um elétron se mova em um plano perpendicular à direção das linhas de indução magnética. Já mencionamos que Fl não afeta a velocidade, mas apenas muda a direção do movimento da partícula. Então a força de Lorentz terá um efeito centrípeto. Isso se reflete na figura abaixo.
De todas as áreas onde a força de Lorentz é usada, uma das maiores é o movimento de partículas no campo magnético da Terra. Se considerarmos nosso planeta como um grande ímã, então as partículas que estão próximas aos polos magnéticos norte fazem um movimento acelerado em espiral. Como resultado, eles colidem com átomos da atmosfera superior e vemos as luzes do norte.
No entanto, existem outros casos em que esse fenômeno se aplica. Por exemplo:
Para resumir e delinear as quatro principais teses deste artigo em termos simples:
Seu papel é bastante grande nas áreas "elétricas". Um especialista não deve perder de vista as informações teóricas básicas sobre as leis físicas fundamentais. Este conhecimento será útil, assim como aqueles que estão engajados em trabalho científico, projetando e apenas para desenvolvimento geral.
Agora você sabe o que é a força de Lorentz, a que ela equivale e como ela age sobre as partículas carregadas. Se você tiver alguma dúvida, pergunte nos comentários abaixo do artigo!
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Físico holandês X. A. Lorentz no final do século XIX. descobriram que a força que atua a partir do campo magnético sobre uma partícula carregada em movimento é sempre perpendicular à direção do movimento da partícula e às linhas de força do campo magnético em que essa partícula se move. A direção da força de Lorentz pode ser determinada usando a regra da mão esquerda. Se você colocar a palma da mão esquerda de forma que quatro dedos esticados indiquem a direção do movimento da carga e o vetor de indução magnética do campo entre no polegar retraído, isso indicará a direção da força de Lorentz atuando na carga positiva.
Se a carga da partícula for negativa, a força de Lorentz será direcionada na direção oposta.
O módulo de força de Lorentz é facilmente determinado pela lei de Ampère e é:
F = | q| vB pecado?,
Onde qé a carga da partícula, v- a velocidade do seu movimento, ? - o ângulo entre os vetores velocidade e indução do campo magnético.
Se, além do campo magnético, houver também um campo elétrico, que atua sobre uma carga com uma força 
, então força total, atuando sobre a carga, é igual a:
.
Freqüentemente, essa força é chamada de força de Lorentz e a força expressa pela fórmula ( F = | q| vB pecado?) são chamados a parte magnética da força de Lorentz.
Como a força de Lorentz é perpendicular à direção do movimento da partícula, ela não pode mudar sua velocidade (não realiza trabalho), mas pode apenas mudar a direção de seu movimento, ou seja, dobrar a trajetória.
Essa curvatura da trajetória dos elétrons no cinescópio da TV é fácil de observar se trazida para a tela ímã permanente- a imagem ficará distorcida.
Movimento de uma partícula carregada em um campo magnético uniforme. Deixe uma partícula carregada voar com uma velocidade v em um campo magnético uniforme perpendicular às linhas de tensão.
A força exercida pelo campo magnético sobre a partícula fará com que ela gire uniformemente em um círculo de raio r, que é fácil de encontrar usando a segunda lei de Newton, a expressão de aceleração proposital e a fórmula ( F = | q| vB pecado?):
.
A partir daqui nós obtemos
.
Onde mé a massa da partícula.
A ação de um campo magnético sobre cargas em movimento é utilizada, por exemplo, em espectrógrafos de massa, que permitem separar as partículas carregadas de acordo com suas cargas específicas, ou seja, de acordo com a razão entre a carga de uma partícula e sua massa e, com base nos resultados obtidos, determinar com precisão as massas das partículas.
A câmara de vácuo do dispositivo é colocada em um campo (o vetor de indução é perpendicular à figura). Partículas carregadas (elétrons ou íons) aceleradas por um campo elétrico, tendo descrito um arco, caem sobre uma placa fotográfica, onde deixam um rastro, o que permite medir o raio da trajetória com grande precisão r. A carga específica do íon é determinada a partir deste raio. Conhecendo a carga de um íon, você pode facilmente calcular sua massa.
