Forza di Lorentz

Forza di Lorentz Forza mediante la quale il campo magnetico esercita la sua azione su una carica elettrica in moto nella regione di spazio da esso occupata. Detta q la carica in questione, v la sua velocità e B il campo magnetico, la forza esercitata da B su q è F = q v x B, dove “x” è il simbolo di prodotto vettoriale.

Trattandosi di un prodotto vettoriale, l’intensità della forza di Lorentz è massima quando v e B sono perpendicolari, vale a dire quando la carica si muove in direzione ortogonale alle linee di forza del campo, ed è nulla quando i due vettori sono paralleli. Più in generale, la sua intensità è data da F = q v B sena, dove a è l’angolo compreso tra la direzione della velocità e quella del campo magnetico.

Le regole del prodotto vettoriale permettono inoltre di determinare direzione e verso della forza di Lorentz: la direzione è quella perpendicolare al piano individuato da v e da B; il verso è dato dalla regola della mano destra: se il pollice punta nella direzione della velocità e le altre quattro dita in quella del campo, il verso della forza di Lorentz è quello uscente dal palmo della mano.

Il fatto che la forza di Lorentz sia costantemente perpendicolare alla velocità della particella carica su cui agisce ha una conseguenza importante: essa non compie lavoro, ma si limita ad alterare la traiettoria della particella (l’effetto è lo stesso della forza centripeta in un moto circolare uniforme). In generale, infatti, il lavoro di una forza è dato dal prodotto della sua componente lungo la direzione dello spostamento, per lo spazio percorso; poiché la forza è perpendicolare alla velocità della carica (e quindi allo spostamento), la sua proiezione è nulla e il lavoro è anch’esso nullo.

Così, una particella carica che si muove in un campo magnetico subisce una deflessione per effetto della forza di Lorentz. Ad esempio, se si spara un fascio di particelle cariche in una regione di spazio interessata da un campo magnetico uniforme, con direzione perpendicolare alle linee di forza rettilinee del campo, il fascio viene incurvato su un cammino circolare avvolto intorno ad esse. Se poi il fascio viene introdotto nel campo magnetico in direzione obliqua, la traiettoria circolare si stira lungo le linee di forza del campo, diventando elicoidale.

L’azione della forza di Lorentz su fasci di particelle viene sfruttata, ad esempio, negli acceleratori, per costringere il fascio di particelle lungo un cammino dato, e negli spettrometri di massa, apparecchi che permettono di determinare la massa delle particelle, misurando la curvatura che esse subiscono in un campo magnetico.