Forza di Lorentz: il movimento di particelle cariche in un campo magnetico.

La forza di Lorentz descrive la forza che agisce su una particella elettricamente carica o su un conduttore di corrente quando si trovano in un campo magnetico. È un concetto centrale dell'elettrodinamica e prende il nome dal fisico olandese Hendrik Antoon Lorentz (1853-1928). La forza di Lorentz è responsabile di molti fenomeni fondamentali della fisica e della tecnologia, come il funzionamento dei motori elettrici e degli acceleratori di particelle.

Formula della forza di Lorentz

La forza di Lorentz ? su una particella carica con carica q, che si muove con velocità ? in un campo magnetico ?, è descritta dalla seguente formula:

? = q - (? × ?)

Dove:

• ? La forza di Lorentz (in newton, N)
• q: La carica elettrica (in coulomb, C)
• ? La velocità della particella (in metri al secondo, m/s)
• ? La densità di flusso magnetico (in Tesla, T)

Il simbolo "×" sta per il prodotto incrociato, che indica la direzione della forza. La direzione della forza di Lorentz è perpendicolare sia al movimento (?) della particella sia al campo magnetico (?). Può essere determinata utilizzando la regola della mano destra.

Proprietà della forza di Lorentz

• Dipendenza dalla direzione: La forza agisce sempre perpendicolarmente al movimento e al campo magnetico, il che spesso porta a un percorso circolare o a spirale della particella.
• Dipendenza dalla velocità: Più la particella si muove velocemente, più forte è la forza di Lorentz.
• Nessun lavoro: La forza di Lorentz non compie alcun lavoro sulla particella, poiché agisce sempre perpendicolarmente alla direzione del movimento. Cambia quindi solo la direzione, ma non la velocità.

Applicazioni della forza di Lorentz

La forza di Lorentz ha numerose applicazioni nella scienza e nella tecnologia:

• Motori elettrici: I conduttori di corrente in campi magnetici si muovono grazie alla forza di Lorentz, che è alla base del funzionamento dei motori elettrici.
• Acceleratori di particelle: Le particelle cariche sono mantenute su percorsi circolari dalla forza di Lorentz, come nel Large Hadron Collider (LHC).
• Sensori di campo magnetico: Dispositivi come i sensori di Hall misurano la forza di Lorentz per determinare la forza dei campi magnetici.
• Fisica del plasma: Nei reattori di fusione come i tokamak, la forza di Lorentz aiuta a controllare e confinare il plasma caldo.

Fatti interessanti sulla forza di Lorentz

Sapevate che la forza di Lorentz è utilizzata nei motori magnetoidrodinamici, come quelli testati in alcune navi moderne? In questo caso, l'acqua viene ionizzata e accelerata dalla forza di Lorentz, che permette una locomozione quasi silenziosa.