2.1: Fuerza Lorentz

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La fuerza Lorentz es la fuerza que experimenta la carga en presencia de campos eléctricos y magnéticos.

Considera que una partícula tiene carga\(q\). La fuerza\({\bf F}_e\) experimentada por la partícula en presencia de intensidad de campo eléctrico\({\bf E}\) es

\[{\bf F}_e = q{\bf E} \nonumber \]

La fuerza\({\bf F}_m\) experimentada por la partícula en presencia de densidad de flujo magnético\({\bf B}\) es

\[{\bf F}_m = q{\bf v} \times {\bf B} \nonumber \]

donde\({\bf v}\) está la velocidad de la partícula. La fuerza Lorentz experimentada por la partícula es simplemente la suma de estas fuerzas; es decir,

\[\begin{align} {\bf F} &= {\bf F}_e + {\bf F}_m \nonumber \\ &= q\left( {\bf E} + {\bf v} \times {\bf B} \right) \label{m0015_eLF}\end{align} \]

El término “fuerza Lorentz” es simplemente una manera concisa de referirse a las contribuciones combinadas de los campos eléctrico y magnético.

Una aplicación común del concepto de fuerza Lorentz es en el análisis de los movimientos de partículas cargadas en campos electromagnéticos. La fuerza de Lorentz hace que las partículas cargadas exhiban distintos movimientos rotacionales (“ciclotrón”) y traslacionales (“deriva”). Esto se ilustra en las Figuras\(\PageIndex{1}\) y\(\PageIndex{2}\).

Figura\(\PageIndex{1}\): Movimiento de una partícula que porta carga positiva (*izquierda*) y carga negativa (*derecha*). *Arriba*: Campo magnético dirigido hacia el espectador; sin campo eléctrico. *Abajo*: Campo magnético dirigido hacia el espectador; campo eléctrico orientado como se muestra. (CC BY 2.5; Stannerd)

Figura\(\PageIndex{2}\): Electrones moviéndose en círculo en un campo magnético (*movimiento ciclotrón*). Los electrones son producidos por un cañón de electrones en la parte inferior, que consiste en un cátodo caliente, una placa metálica calentada por un filamento para que emita electrones, y un ánodo metálico a alta tensión con un agujero que acelera los electrones en un haz. Los electrones son normalmente invisibles, pero se ha dejado suficiente aire en el tubo para que las moléculas de aire brillen de color rosa cuando son golpeadas por los electrones de rápido movimiento. (CC BY-SA 4.0; M. Biaek)

Lectura adicional:

“Fuerza Lorentz” en Wikipedia.