Cos'è la forza di Lorentz

tramite: O2O
Difficoltà: media
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Introduzione

Si definisce forza di Lorentz quella che si sviluppa tra un corpo carico ed un campo elettromagnetico. Oggi affronteremo per grandi linee il concetto di forza di Lorentz. Per prima cosa notiamo che la forza prende il nome dall'omonimo fisico, Hendrik Lorentz, che l'ha scoperta, anzi descritta a partire dalle osservazioni svolte da colleghi svoltesi nei primi anni del diciannovesimo secolo. Ecco una semplice guida su cos'è e come viene utilizzata la forza di Lorentz.

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Occorrente

  • Concetti base di fisica e matematica
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Formula base

La forza di Lorentz si definisce matematicamente tramite un'equazione che unisce una carica elettrica puntiforme "q" in velocità istantanea "v", in una regione del campo elettrico "E" ed un campo magnetico "B". La relazione che lega queste grandezze fisiche è la seguente: F = q*(E + v x B).
Da notare che le unità di nisura sono espresse secondo le unità di misura internazionali: Newton per la forza "F", Coulomb per la carica "q", Newton su Coulomb (N/C) per il campo elettrico "E", metri al secondo (m/s) per la velocità "v" e Tesla (T) per il campo magnetico "B". Si deve notare come la velocità e il campo magnetico siano due grandezze vettoriali e, perciò, il loro prodotto sia vettoriale e non scalare; per semplicità si può sostituire tale prodotto con v*B*sinθ dove θ è l'angolo compreso tra le direzioni di velocità e campo magnetico.
Nell'equazione della forza di Lorentz, se la velocità della particella carica non è trascurabile rispetto a quella della luce, compare la grandezza "c". Tale grandezza identifica la velocità della luce nel vuoto. La formula della forza di Lorentz quindi diventa: F = qE*qv/c*B; ciò è dovuto a concetti di fisica relativistica che colmano delle lacune nella fisica classica.
In breve questa è la spiegazione del concetto di forza di Lorentz. Si tratta di concetti base da sapere per approfondimenti successivi.

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Applicazioni

La formula precedentemente descritta dimostra quanto sia importante questa forza in moltissimi ambiti: infatti ogni carica immersa in un campo elettrico o in moto in uno magnetico risente di una forza che andrà a variarne la posizione e la velocità e, considerando che la terra possiede un proprio campo magnetico, si può facilmente intuire la vastità di ripercussioni che ciò può avere.
Per prima cosa si può notare che la corrente elettrica non è altro che un flusso di cariche, perciò un conduttore percorso da una intensità di corrente subisce una forza di Lorentz. Per ricavarne l'intensità è necessario utilizzare lo strumento degli integrali, in quanto la forza per un filo sul piano è l'intensità di corrente (espressa in Ampere) moltiplicata per un integrale esteso alla curva considerata del prodotto vettoriale tra l'elemento di lunghezza infinitesima "ds" e il campo magnetico "B". In genere, quindi, la forza di Lorentz è alla base di molte delle applicazioni fatte in tecnologia che sfruttano l'interazione tra campo magnetico ed elettrico, quindi elettromagnetico. Alcuni esempi sono: il ciclotrone, il magnetron, lo spettro di massa, il microscopio elettronico e gli acceleratori di particelle.

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Hendrik Lorentz

Queste affermazioni sono frutto di questo studioso olandese, Hendrik Lorentz. Il quale ha dedicato la propria vita allo studio dei fenomeni elettromagnetici e per i quali gli fu conferito il premio Nobel per la fisica, nonché fu d'aiuto per le teorie espresse da Alber Einstein.

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Consigli

Non dimenticare mai:
  • Cerchiamo sempre di applicare le formule e non impararle a memoria
Alcuni link che potrebbero esserti utili:

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