La força de Lorentz
Un camp magnètic pot empènyer una càrrega en moviment, però només de costat: perpendicular a la seva velocitat i al camp mateix alhora. Aquesta empenta lateral mai no acelera ni alenteix la càrrega: només doblega el camí, corbant-lo en cercle si el camp queda constant.
La fórmula
F = q · v · B
- F — força (N): l'empenta magnètica lateral sobre la càrrega
- q — càrrega (C): la quantitat de càrrega elèctrica que porta la partícula
- v — velocitat (m/s): com de ràpid es mou la càrrega, aquí perpendicular al camp
- B — camp magnètic (T): la força del camp magnètic per on es mou la càrrega
Exemple resolt
Una partícula carregada amb càrrega de 2 coulombs es mou a 3 metres per segon, perpendicular a un camp magnètic de 5 tesles. Quina força nota?
- q = 2 C
- v = 3 m/s
- B = 5 T
- F = q · v · B
- F = 2 C · 3 m/s · 5 T
F = 30 N
Posa't a prova
La mateixa càrrega de 2 coulombs es mou ara a 3 metres per segon per un camp més fort de 10 tesles. Quina és la força sobre ella?
- 30 N
- 15 N
- Resposta correcta: 60 N
Bé! Doblar el camp dobla la força: 2 C × 3 m/s × 10 T = 60 N.
Una càrrega positiva es mou a la dreta per un camp magnètic apuntant endins de la pàgina. Cap a on l'empeny la força magnètica?
- Resposta correcta: Cap amunt
- Cap avall
- Endavant, en la mateixa direcció en què ja es mou
Correcte! Amb la regla de la mà dreta, una càrrega positiva movent-se a la dreta en un camp apuntant endins de la pàgina nota una força empenyent-la cap amunt.
On ho veus
Un televisor CRT vell dirigia el seu feix d'electrons amb camps magnètics, pintant la pantalla doblegant partícules carregades milers de vegades per segon. Les aurorès boreals són la mateixa física a escala planetària: partícules carregades del sol espiralen al llarg de les línies de camp magnètic de la Terra, brillant mentre es corben.
Errors freqüents
La subtilitat clau és que la força magnètica no fa treball: F = q · v · B empeny perpendicular a la velocitat, o sia pot doblegar un camí però mai no accelerar o alentir la càrrega. Equivocar la direcció és l'altre lapsus: la força és perpendicular a la velocitat i al camp alhora (mà dreta: dits al llarg de la velocitat, corba cap al camp, polze al llarg de la força). Una càrrega positiva a 3 m/s creuant un camp de 10 T nota 2 C × 3 m/s × 10 T = 60 N lateral.
Com s'connecta
Els corrents fan camps i els camps empenyen càrregues en moviment: les dues meitats de la parella de retroalimentació de l'electromagnetisme, a una lliçó de distància. La llei de Faraday, tot seguit, hi afegeix la tercera: un camp canviant crea una tensió que condueix un corrent tot sol. Aquesta empenta lateral que conserva la velocitat és per què giren els motors i per què les partícules carregades corren en cercles als acceleradors.