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Fuerza de Lorentz

1895
  • Hendrik Lorentz
  • Oliver Heaviside
Acelerador de partículas moderno que demuestra las aplicaciones de la fuerza de Lorentz en el electromagnetismo.

(Imagen generada únicamente con fines ilustrativos)

La ley de la fuerza de Lorentz describe la fuerza total experimentada por una carga puntual que se desplaza a través de un campo eléctrico y magnético combinados. Es la suma de la fuerza electrostática y la fuerza magnética. La ecuación vectorial gobernante es [latex]\mathbf{F} = q(\mathbf{E} + \mathbf{v} \times \mathbf{B})[/latex], donde [latex]q[/latex] es la carga, [latex]\mathbf{v}[/latex] es su velocidad, [latex]\mathbf{E}[/latex] es el campo eléctrico, y [latex]\mathbf{B}[/latex] es el campo magnético.

La ley de la fuerza de Lorentz es una piedra angular de la electrodinámica clásica, ya que proporciona el vínculo crucial entre los campos electromagnéticos y el movimiento mecánico de las partículas cargadas. La ecuación tiene dos componentes distintos. El primer término, [latex]qmathbf{E}[/latex], es la fuerza eléctrica, que actúa en la dirección del campo eléctrico (para una carga positiva) y es independiente del movimiento de la partícula. El segundo término, [latex]q(mathbf{v} times mathbf{B})[/latex], es la fuerza magnética. El producto vectorial dicta que esta fuerza siempre es perpendicular tanto a la velocidad de la partícula [latex]mathbf{v}[/latex] como al campo magnético [latex]mathbf{B}[/latex].

Una consecuencia clave de esta perpendicularidad es que un campo magnético estático no realiza trabajo sobre una carga libre, ya que la fuerza siempre es perpendicular a la dirección del movimiento. Puede cambiar la dirección de la partícula, pero no su energía cinética. Este principio provoca que las partículas cargadas sigan trayectorias circulares o helicoidales en un campo magnético uniforme, un comportamiento que se aprovecha en dispositivos como los espectrómetros de masas para separar iones según su relación masa-carga y en los aceleradores de partículas para dirigir y enfocar haces. La ley es totalmente coherente con las ecuaciones de Maxwell y es fundamental para comprender fenómenos que van desde el funcionamiento de los motores eléctricos hasta el comportamiento de los plasmas en las estrellas y los reactores de fusión.

UNESCO Nomenclature: 2205
- Electricidad y magnetismo

Tipo

Derecho físico

Ruptura

Fundacional

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • Ley de fuerza de Ampère en cables conductores de corriente
  • Ley de inducción de Faraday
  • Ecuaciones de Maxwell
  • Los experimentos de JJ Thomson con rayos catódicos que identificaron el electrón

Aplicaciones

  • aceleradores de partículas (ciclotrones, sincrotrones)
  • espectrómetros de masas
  • motores y generadores eléctricos
  • sensores de efecto Hall
  • microondas en hornos microondas
  • tubos de rayos catódicos
  • cañones de riel

Patentes:

NA

Ideas para posibles innovaciones

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Relacionado con: fuerza de Lorentz, campo electromagnético, campo eléctrico, campo magnético, partícula cargada, velocidad, producto vectorial, electromagnetismo, fuerza, movimiento de partículas.

Contexto histórico

Fuerza de Lorentz

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1899
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1895
1895
1896
1900
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(Si la fecha es desconocida o no es relevante, por ejemplo "mecánica de fluidos", se proporciona una estimación redondeada de su aparición notable)

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