Força de Lorentz

Definição

A Força de Lorentz é a força em uma partícula carregada movendo-se através de uma região contendo campos elétricos e magnéticos.

O que é a Força de Lorentz?

Uma partícula carregada movendo-se através de um campo magnético experimenta uma força que está em ângulo reto com a direção na qual a partícula está se movendo e a direção do campo aplicado.

Essa força, conhecida como força de Lorentz, se desenvolve devido à interação do campo magnético aplicado e do campo magnético gerado pela partícula em movimento. O fenômeno é chamado pelo físico holandês Hendrik Lorentz, que desenvolveu uma equação que relaciona matematicamente a força à velocidade e carga da partícula e à força do campo magnético aplicado.

A força de Lorentz é experimentada por uma corrente elétrica, que é composta de partículas carregadas em movimento. Os campos magnéticos individuais dessas partículas se combinam para gerar um campo magnético ao redor do fio através do qual a corrente viaja, o que pode repelir ou atrair um campo magnético externo.

Força Lorentz – Conceito de física

A força de Lorentz é a força em uma partícula carregada devido aos campos elétricos e magnéticos. Uma partícula carregada em um campo elétrico sempre sentirá uma força devido a este campo. Uma partícula carregada em um campo magnético só sentirá uma força devido ao campo magnético se estiver se movendo em relação a esse campo. Esses dois efeitos são estudados separadamente na escola, mas a soma desses dois efeitos cria uma força que chamamos de força de Lorentz.

Uma partícula carregada movendo-se através de um campo magnético de força B com uma velocidade v sentirá uma força de Lorentz com uma magnitude de:

F =vB sin ?

onde ? é o ângulo entre a velocidade da partícula e o campo magnético (linhas de campo são N a S), e q é a carga da partícula. Essa força age em ângulo reto tanto com o campo magnético quanto com a velocidade da partícula. Vários mnemônicos ou auxiliares de memória são usados para lembrar a direção dessa força – uma regra comum é conhecida como a regra da mão esquerda.

Um fio condutor de corrente em um campo magnético sentirá uma força de Lorentz na direção dada pela regra da mão esquerda de Fleming, com uma magnitude de:

F = BIl sin ?

onde I é o comprimento do fio no campo magnético, I é a corrente que flui através do fio e ? é o ângulo entre o fio e o campo magnético.

Força em uma carga em movimento em um campo B

Quando uma partícula carregada se move através de um campo magnético, cortando através de linhas de campo, ela experimenta uma força de Lorentz. Essa força atua em ângulo reto com a velocidade da partícula v e com o campo magnético B.

A direção dessa força em várias situações é mostrada na Figura abaixo – depende da direção da velocidade da partícula e do campo magnético, bem como do sinal da carga da partícula.

Várias formas de lembrar a direção dessa força são descritas a seguir:

Regra da mão esquerda – polegar, primeiro dedo e dedo central

Um mnemônico comum ou auxiliar de memória para a direção da força é a regra da mão esquerda usando o polegar, o primeiro dedo e os dedos do meio.

Estes são mantidos em ângulo reto entre si e rodados de modo que:

O primeiro dedo aponta na direção do campo magnético

O dedo central aponta na direção da corrente (lembrando que a corrente devida a uma partícula carregada negativamente está na direção oposta à sua velocidade)

A direção que o Polegar agora aponta é a direção do Impulso ou Força.

Uma maneira geralmente mais útil de trabalhar nessa direção é escrever a força de Lorentz usando a notação vetorial, conforme descrito em uma seção posterior desta página. Isso é útil porque essa forma de notação, usando o produto vetorial vetorial, aparece em muitos ramos diferentes da Física, e, portanto, ser capaz de usá-la é mais útil do que memorizar uma regra que se refere apenas a uma situação específica.

Direção da força de Lorentz em várias situações diferentes

O tamanho da força de Lorentz é dado por:

F = qvB sin ?

onde ? é o ângulo entre a velocidade da partícula e o campo magnético, e q é a carga da partícula.

Se a partícula estiver se movendo na direção do campo magnético, não cortando nenhuma linha de campo, ? = 0 e não há força de Lorentz agindo sobre a partícula.

A força de Lorentz em partículas com carga positiva e aquelas com carga negativa atua em direções opostas, fazendo com que seus caminhos se curvem em direções opostas. É assim que os pósitrons (o parceiro anti-partícula dos elétrons) foram identificados nas câmaras de nuvens.

A força de Lorentz

Então o Lorentz é a força experimentada por uma carga de ponto móvel, um resultado das forças combinadas elétricas e magnéticas na carga.

É expresso matematicamente em álgebra vetorial como:

F = qE + q(v x B)

F é a força experimentada pela partícula. Note que é uma grandeza vetorial, então tem uma magnitude e uma direção.

q é a magnitude da carga. É expresso em coulombs. Note que -1 coulomb é a carga carregada por 6,2415 × 10 ^ 18 elétrons.

E é a força do campo elétrico em que a partícula está. Cargas iguais se repelem e que cargas diferentes atraem. E que a força de atração ou repulsão é proporcional ao produto das cargas e inversamente proporcional à distância entre elas. A parte qE do lado direito desta equação é uma expressão matemática disso.

v é o vetor de velocidade da carga, isto é, uma expressão de sua velocidade e direção.B é a densidade de fluxo do campo magnético, também uma quantidade vetorial, para indicar sua magnitude e direção.A expressão vx B é chamada de produto cruzado dos vetores de densidade de velocidade e fluxo. Leva em conta as direções relativas desses dois vetores. Para que uma força seja imposta à partícula, essas direções precisam ter componentes que sejam mutuamente ortogonais (em ângulos retos) entre si. E a força resultante é mutuamente perpendicular ao campo e à direção do deslocamento da partícula.

Fonte: nationalmaglab.org/isaacphysics.org/www.quora.com/www.dictionary.com