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Forza di Lorentz

1895
  • Hendrik Lorentz
  • Oliver Heaviside
Un moderno acceleratore di particelle dimostra le applicazioni della forza di Lorentz nell'elettromagnetismo.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

La legge di Lorentz descrive la forza totale sperimentata da una carica puntiforme che si muove in un campo elettrico e magnetico combinato. È la somma della forza elettrostatica e della forza magnetica. L'equazione vettoriale che la governa è [latex]\mathbf{F} = q(\mathbf{E} + \mathbf{v} \times \mathbf{B})[/latex], dove [latex]q[/latex] è la carica, [latex]\mathbf{v}[/latex] è la sua velocità, [latex]\mathbf{E}[/latex] è il campo elettrico e [latex]\mathbf{B}[/latex] è il campo magnetico.

La legge di Lorentz è una pietra miliare dell'elettrodinamica classica e fornisce il collegamento cruciale tra i campi elettromagnetici e il moto meccanico delle particelle cariche. L'equazione ha due componenti distinte. Il primo termine, [latex]q\mathbf{E}[/latex], è la forza elettrica, che agisce nella direzione del campo elettrico (per una carica positiva) ed è indipendente dal moto della particella. Il secondo termine, [latex]q(\mathbf{v} \times \mathbf{B})[/latex], è la forza magnetica. Il prodotto incrociato impone che questa forza sia sempre perpendicolare sia alla velocità della particella [latex]\mathbf{v}[/latex] sia al campo magnetico [latex]\mathbf{B}[/latex].

Una conseguenza fondamentale di questa perpendicolarità è che un campo magnetico statico non agisce su una carica libera, poiché la forza è sempre ad angolo retto rispetto alla direzione del moto. Può cambiare la direzione della particella, ma non la sua energia cinetica. Questo principio fa sì che le particelle cariche seguano percorsi circolari o elicoidali in un campo magnetico uniforme, un comportamento sfruttato in dispositivi come gli spettrometri di massa per separare gli ioni in base al loro rapporto massa/carica e negli acceleratori di particelle per orientare e focalizzare i fasci. La legge è pienamente coerente con le equazioni di Maxwell ed è fondamentale per comprendere fenomeni che vanno dal funzionamento dei motori elettrici al comportamento dei plasmi nelle stelle e nei reattori a fusione.

UNESCO Nomenclature: 2205
- Elettricità e magnetismo

Tipo

Legge fisica

Interruzione

Fondamento

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • La legge di forza di Ampère sui fili percorsi da corrente
  • Legge di induzione di Faraday
  • Equazioni di Maxwell
  • Gli esperimenti di J.J. Thomson con i raggi catodici che identificarono l'elettrone

Applicazioni

  • acceleratori di particelle (ciclotroni, sincrotroni)
  • spettrometri di massa
  • motori elettrici e generatori
  • sensori ad effetto Hall
  • microonde nei forni a microonde
  • tubi a raggi catodici
  • cannoni a rotaia

Brevetti:

NA

Idee e potenziali innovazioni

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Contesto storico

Forza di Lorentz

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1895
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1899
1900
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1896
1900
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(se la data è sconosciuta o non rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)

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