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La forza di Lorentz è essenziale per comprendere il comportamento delle cariche elettriche in un campo magnetico. Questa forza, perpendicolare alla direzione del campo e della velocità della carica, determina traiettorie circolari o elicoidali a seconda dell'orientamento della velocità. Le sue applicazioni spaziano dalla fisica dei plasmi alla tecnologia degli acceleratori di particelle, giocando un ruolo cruciale anche nella protezione terrestre dalle radiazioni solari.
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La forza di Lorentz descrive l'interazione tra una carica elettrica in movimento e un campo magnetico
Formula matematica
La forza di Lorentz è data dalla relazione vettoriale \(\vec{F} = q(\vec{v} \times \vec{B})\)
La direzione della forza di Lorentz può essere determinata utilizzando la regola della mano destra
Il campo magnetico è definito operativamente in termini della forza di Lorentz che agisce su una carica in movimento
Sistema Internazionale
L'unità di misura del campo magnetico nel Sistema Internazionale è il tesla (T)
Unità gauss
Per campi magnetici meno intensi si può utilizzare l'unità gauss (G), dove 1 G equivale a \(10^{-4}\) T
Il moto di una particella carica in un campo magnetico può essere circolare o elicoidale, a seconda dell'orientamento della sua velocità rispetto al campo
Moto circolare
Se la particella entra nel campo con una velocità perpendicolare, essa compie un moto circolare uniforme, con un raggio di curvatura \(r\) e un periodo \(T\) che dipendono dalla massa \(m\) della particella, dalla sua carica \(q\), dalla velocità \(v\) e dall'intensità del campo magnetico \(B\)
Moto elicoidale
Se invece la velocità ha una componente parallela al campo, la particella descrive una traiettoria elicoidale, con un passo dell'elica che è funzione dell'angolo tra la velocità e il campo magnetico
La forza di Lorentz viene utilizzata nei selettori di velocità per filtrare particelle cariche in base alla loro velocità
Il campo magnetico terrestre interagisce con il vento solare, deviando il percorso delle particelle cariche e contribuendo a formare la magnetosfera
00
Regola mano destra: carica negativa
Forza di Lorentz entra nella mano, opposta a carica positiva.
01
Effetto della forza di Lorentz
Particelle cariche deviate da campi magnetici.
02
Determinazione direzione forza di Lorentz
Pollice velocità carica, dita campo magnetico, forza perpendicolare.
