Fuerza de Lorentz: movimiento de partículas cargadas en un campo magnético.

La fuerza de Lorentz describe la fuerza que actúa sobre una partícula cargada eléctricamente o sobre un conductor de corriente cuando se encuentran en un campo magnético. Es un concepto central de la electrodinámica y debe su nombre al físico holandés Hendrik Antoon Lorentz (1853-1928). La fuerza de Lorentz es responsable de muchos fenómenos fundamentales de la física y la tecnología, como el funcionamiento de los motores eléctricos y los aceleradores de partículas.

Fórmula de la fuerza de Lorentz

La fuerza de Lorentz ? sobre una partícula cargada con la carga q, que se mueve con la velocidad ? en un campo magnético ?, se describe mediante la siguiente fórmula:

? = q - (? × ?)

Donde:

• ? La fuerza de Lorentz (en newtons, N)
• q: La carga eléctrica (en culombios, C)
• ? La velocidad de la partícula (en metros por segundo, m/s)
• ? La densidad de flujo magnético (en Tesla, T)

El símbolo "×" representa el producto cruzado, que indica la dirección de la fuerza. La dirección de la fuerza de Lorentz es perpendicular tanto al movimiento (?) de la partícula como al campo magnético (?). Se puede determinar utilizando la regla de la mano derecha.

Propiedades de la fuerza de Lorentz

• Dependencia direccional: La fuerza actúa siempre perpendicularmente al movimiento y al campo magnético, lo que a menudo conduce a una trayectoria circular o en espiral de la partícula.
• Dependencia de la velocidad: Cuanto más rápido se mueva la partícula, más intensa será la fuerza de Lorentz.
• Sin trabajo: La fuerza de Lorentz no realiza ningún trabajo sobre la partícula, ya que siempre actúa perpendicularmente a la dirección del movimiento. Por tanto, sólo modifica la dirección, pero no la velocidad.

Aplicaciones de la fuerza de Lorentz

La fuerza de Lorentz tiene numerosas aplicaciones en ciencia y tecnología:

• Motores eléctricos: Los conductores portadores de corriente en campos magnéticos experimentan un movimiento debido a la fuerza de Lorentz, que constituye la base del funcionamiento de los motores eléctricos.
• Aceleradores de partículas: Las partículas cargadas se mantienen en trayectorias circulares gracias a la fuerza de Lorentz, como en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC).
• Sensores de campos magnéticos: Dispositivos como los sensores Hall miden la fuerza de Lorentz para determinar la intensidad de los campos magnéticos.
• Física del plasma: En reactores de fusión como los tokamaks, la fuerza de Lorentz ayuda a controlar y confinar el plasma caliente.

Interesantes datos sobre la fuerza de Lorentz

¿Sabías que la fuerza de Lorentz se utiliza en los propulsores magnetohidrodinámicos, como los que se prueban en algunos barcos modernos? Aquí, el agua se ioniza y se acelera mediante la fuerza de Lorentz, lo que permite una locomoción casi silenciosa.