Siła Lorentza

Siła Lorentza to siła, która działa na naładowaną cząstkę, która wpada z pewną prędkością do pola magnetycznego. Jej wielkość zależna jest od wartości indukcji magnetycznej pola magnetycznego, ładunku elektrycznego cząstki oraz z prędkości z jaką ta cząstka wpada do pola. Mówiąc prościej, jest to siła, która działa na obiekt, który posiada ładunek elektryczny, poruszający się w polu magnetycznym. Zwrot tej siły można wyznaczyć za pomocą reguły prawej dłoni. Wzory jej dotyczące znajdziecie tutaj. W tym artykule zajmiemy się natomiast szerszym objaśnieniem działania zjawiska.

Siła Lorentza - działanie i zastosowanie

Siła Lorentza zakrzywia tor cząstki w polu magnetycznym, spełniając funkcję siły dośrodkowej, zmusza cząsteczki do ruchu po okręgu. Rozpatrywana jako siła dośrodkowa nie zmienia ona wartości wektora prędkości cząsteczki, ale przyczynia się do zmiany jego zwrotu i kierunku. Ładunek elektryczny, który się porusza wytwarza pole magnetyczne, w przeciwieństwie do tego w stanie spoczynku. Poruszanie się obiektu, posiadającego ładunek elektryczny, w polu magnetycznym, powoduje wzajemne oddziaływanie dwóch pól magnetycznych. Pierwszego, istniejącego wcześniej i drugiego, wytworzonego za pośrednictwem poruszającego się ładunku elektrycznego.

Siła Lorentza, ze względu na powiązanie z elektrycznością, wykorzystywana jest głównie w przemyśle elektrotechnicznym. Siła ta występuje bowiem w silnikach elektrycznych, transformatorach, czy prądnicach; wszędzie tam, gdzie mamy do czynienia z przepływem prądu w obecności pola magnetycznego. Siła Lorentza jako taka nie jest rzeczą na podstawie której buduje się urządzenia, ale wspólnie z siłą elektrodynamiczną oraz siłą elektromotoryczną wchodzi w kanon pojęć, które definiują prawidła, zachodzące w związku z prądem elektrycznym. Należy ją więc rozpatrywać jako pojęcie, określające jedno ze zjawisk związanych z elektrycznością.

Skąd nazwa tej siły?

Nazwa „siła Lorentza” pochodzi od nazwiska holenderskiego fizyka Hendrika Antoona Lorentza. Pochodzący z Arnhem naukowiec w 1870 roku rozpoczął studia na Uniwersytecie w Lejdzie, które po dwóch latach przerwał i podjął pracę nauczyciela w rodzinnym mieście. Jednocześnie pisał pracę doktorską, a już w 1875 roku, w wieku zaledwie 22 lat, uzyskał doktorat za pracę udoskonalającą teorię elektromagnetyzmu Maxwella. Jest on uznawany za jednego z najwybitniejszych fizyków swojego okresu.

Zapoczątkował on teorię elektronową budowy materii. Dążył do połączenia w jezdną całość zjawisk optycznych oraz elektromagnetycznych. Do najbardziej znanych osiągnięć Lorentza należy teoria wyjaśniająca zjawisko dyspersji oraz przewodnictwa elektrycznego. Opublikował on rozprawę teoretyczną zjawiska rozszczepienia linii widmowych w polu magnetycznym. Wyjaśnił doświadczenie Michelsona-Morleya z 1887r. przy pomocy wzoru na skrócenie ciała sztywnego w ruchu, niezależnie od Fitzgeralda. Pozwoliło to na późniejsze rozwinięcie prac, w coś co znamy dzisiaj pod hasłem teorii eteru Lorentza, a jednym z jej elementów jest transformacja Lorentza. Stała się ona częścią później powstałej Szczególnej teorii względności Einsteina, dla której Lorentz porzucił własną koncepcję eteru.