Força de Lorentz

Podemos definir a Força de Lorentz como uma transvariação da força elétrica, em que é originária de um campo elétrico, que possui uma força chamada de magnética, em função de outro campo também magnético. Ambos agem sobre um fragmento carregado de forma elétrica que se move no espaço. Trocando em miúdos, é possível dizer que a Força de Lorentz é determinada por partículas munidas de carga elétrica do tipo líquida, que agem devido às forças de repulsão ou de atração, se dispostas juntas a um campo elétrico. A magnitude da força em questão dependerá do sentido, da direção, do módulo, da intensidade e da velocidade que a carga atingirá.

Logicamente, para que seja possível que essa superposição aconteça, a partícula precisa, além de ter uma carga elétrica líquida que não seja nula, estar movimentando-se em um local do espaço em que exista um campo magnético. Com isso, entende-se que tal força magnética não tem como realizar esse trabalho já que se encontra no sentido vertical ao seu deslocamento. No entanto, a força magnética é responsável por mudar o sentido da velocidade, mas não por modificar o seu módulo. Contudo, somente a componente devida que a Força de Lorentz possui ao campo elétrico pode realizar esse trabalho.

A Força de Lorentz e as suas aplicações

De um ponto de vista mais formal, não podemos tratar as cargas elétricas, estando elas em movimento, sem vinculá-las a vivência dentro de um campo magnético. Sabemos que as cargas em movimento designam um determinado campo magnético, muito embora o mesmo, dependendo da região do espaço que se encontre, desempenhará uma força específica sobre uma carga que esteja em movimento. Logo, entendemos que as aplicações da Força de Lorentz se dão de diversas formas.

Por exemplo, na situação de um cíclotron. No seu campo elétrico, ele é sobreposto no fragmento e, logo em seguida, gerado a partir de uma diferença de potencial. Isto possibilita ao elétron ser antecipado sempre que passar por uma região em particular. Nesse caso, ele sofrerá uma aceleração devido a uma força elétrica, em que F = q E. Nessa fórmula, o E está representado pelo campo elétrico.

Tal resultado pode explicar, ainda, alguns fatos como as lentes magnéticas, a penetração de raios cósmicos dentro da atmosfera, os espelhos magnéticos e o espectrômetro de massa. Abaixo, confira mais algumas características do cíclotron.

• Instrumento criado pelos físicos Livingston e Lawrence, no ano de 1931 na Universidade da Califórnia;

• Principal objetivo era antecipar as partículas atômicas carregadas para que estas chegassem a velocidades conexas com a da luz;

• O acelerador é composto, em sua parte principal, por duas câmaras metálicas equivalentes a um semicírculo. Devido a sua forma, pode ser chamado também de “D”;

• Utilizam, em seu núcleo de hidrogênio, fragmentos aproveitados na aceleração;

• Ao lado do ponto médio que separa os “Ds”, localiza-se a fonte dos íons. Estes, conectados por terminais, dentro de um circuito elétrico, são constituídos por uma corrente elétrica alternada que possui alta frequência;

• De maneira rotativa e rápida é feita, muitas vezes por segundo, a aceleração potencial dos “Ds”.

Outra maneira em se aplicar a Força de Lorentz é na espectrometria de massa. Podemos defini-la como uma metodologia analítica física que tem como objetivo revelar e reconhecer moléculas de interesse através da diferenciação do seu esqueleto químico e da avaliação da sua massa. O princípio da Física que explica o espectrômetro de massa incide na criação de íons dos compostos inorgânicos ou orgânicos por meio de um procedimento apropriado, na separação destes, conforme a sua percentagem de massa/carga e percebê-los de forma quantitativa e qualitativa, a partir do seu percentual de taxa m/z e abundância, respectivamente. Esse método é bastante aplicado na determinação de parâmetros termodinâmicos, na física atômica, no controle de comida, no controle de poluição e por aí vai.

A Força de Lorentz e a regra da mão esquerda

Como já foi verificado, um campo magnético não pode atuar em cargas elétricas que não estejam em movimento. Entretanto, se esta mesma carga for lançada a uma velocidade denominada “v” para um local em que exista um campo magnético “B”, é possível que apareça uma força nominada “F” operando sobre ela. A esse processo chamamos força magnética.

Portanto, a força magnética que atua sobre uma determinada carga móvel estará sempre no sentido vertical ao plano constituído pelos vetores. Ou seja, o sentido da força magnética será sempre perpendicular ao sentido da atividade em que a carga é implantada dentro desse campo magnético e, obviamente, a ele próprio.

Então, quando nos referimos ao sentido da força magnética, podemos determiná-lo pela regra da mão esquerda, criada por Fleming. Para que funcione, deve-se seguir essa ordem. Lembrando que as três grandezas vetoriais formadas nesse exemplo são perpendiculares entre si.

• O dedo polegar simula a direção da força magnética;

• O dedo indicador simula a direção do campo magnético;

• Ambos constituem um ângulo de 90° com o dedo polegar;

• O dedo do meio (médio) simula a direção da velocidade;

• Este constitui um ângulo de 90° com os dedos polegar e indicador.