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Lorentz Force

1895
  • Hendrik Lorentz
  • Oliver Heaviside
Accélérateur de particules moderne illustrant les applications de la force de Lorentz en électromagnétisme.

(Image générée à titre d'illustration uniquement)

La loi de la force de Lorentz décrit la force totale subie par une charge ponctuelle se déplaçant dans un champ électrique et magnétique combiné. Elle est la somme de la force électrostatique et de la force magnétique. L'équation vectorielle qui la régit est [latex]\mathbf{F} = q(\mathbf{E} + \mathbf{v} \times \mathbf{B})[/latex], où [latex]q[/latex] est la charge, [latex]\mathbf{v}[/latex] est sa vitesse, [latex]\mathbf{E}[/latex] est le champ électrique, et [latex]\mathbf{B}[/latex] est le champ magnétique.

La loi de force de Lorentz est un fondement de l'électrodynamique classique, établissant le lien essentiel entre les champs électromagnétiques et le mouvement mécanique des particules chargées. L'équation comporte deux composantes distinctes. Le premier terme, qE, représente la force électrique, qui agit dans la direction du champ électrique (pour une charge positive) et est indépendante du mouvement de la particule. Le second terme, q(v × B), représente la force magnétique. Le produit vectoriel impose que cette force soit toujours perpendiculaire à la fois à la vitesse v de la particule et au champ magnétique B.

Une conséquence essentielle de cette perpendicularité est qu'un champ magnétique statique n'effectue aucun travail sur une charge libre, car la force est toujours perpendiculaire à la direction du mouvement. Il peut modifier la direction de la particule, mais pas son énergie cinétique. Ce principe explique pourquoi les particules chargées suivent des trajectoires circulaires ou hélicoïdales dans un champ magnétique uniforme, un comportement exploité dans des appareils comme les spectromètres de masse pour séparer les ions selon leur rapport masse/charge et dans les accélérateurs de particules pour diriger et focaliser les faisceaux. Cette loi est parfaitement cohérente avec les équations de Maxwell et est fondamentale pour comprendre des phénomènes allant du fonctionnement des moteurs électriques au comportement des plasmas dans les étoiles et les réacteurs à fusion.

UNESCO Nomenclature: 2205
- Électricité et magnétisme

Taper

Loi physique

Perturbation

Fondamentaux

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • Loi de force d'Ampère sur les fils conducteurs
  • La loi d'induction de Faraday
  • Equations de Maxwell
  • Les expériences de J.J. Thomson sur les rayons cathodiques ont permis d'identifier l'électron.

Applications

  • particle accelerators (cyclotrons, synchrotrons)
  • mass spectrometers
  • electric motors and generators
  • hall effect sensors
  • magnetrons in microwave ovens
  • cathode ray tubes
  • canons à rails

Brevets:

NA

Idées d'innovations potentielles

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En lien avec : force de Lorentz, champ électromagnétique, champ électrique, champ magnétique, particule chargée, vitesse, produit vectoriel, électromagnétisme, force, mouvement des particules.

Contexte historique

Lorentz Force

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1899
1900
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1895
1895
1896
1900
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(si la date est inconnue ou non pertinente, par exemple « mécanique des fluides », une estimation arrondie de son émergence notable est fournie)

Inventions, innovations et principes techniques connexes

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