Fuerza de Lorentz para niños
En física, especialmente en el área del electromagnetismo, la fuerza de Lorentz es la fuerza que siente una partícula cargada o una corriente eléctrica cuando se encuentra en un campo electromagnético. Es una de las fuerzas fundamentales que explican cómo interactúan la electricidad y el magnetismo.
Contenido
Fuerza de Lorentz: ¿Qué es y cómo funciona?
La fuerza de Lorentz es la fuerza total que actúa sobre una partícula con carga eléctrica que se mueve a través de un espacio donde hay un campo eléctrico y un campo magnético. Esta fuerza es la combinación de dos partes: una parte debida al campo eléctrico y otra debida al campo magnético.
¿Cómo se calcula la fuerza de Lorentz?
Para una partícula cargada que se mueve, la fuerza de Lorentz se calcula con una fórmula que incluye su carga, su velocidad, y la intensidad de los campos eléctrico y magnético.
La fórmula para una partícula es:
Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): \mathbf{F} = q (\mathbf{v} \times \mathbf{B} + \mathbf{E}),
Donde:
es la fuerza de Lorentz.
es la carga eléctrica de la partícula.
es la velocidad de la partícula.
es el campo eléctrico.
es el campo magnético.
También existe una fórmula para calcular la fuerza sobre un cable por el que circula una corriente eléctrica dentro de un campo magnético. Esta se conoce a veces como la fuerza de Laplace:
Donde:
es la longitud del cable.
es la intensidad de la corriente.- es el campo magnético.
Esta última expresión se descubrió antes históricamente, porque las corrientes eléctricas se estudiaban antes de que se entendiera bien que la carga eléctrica estaba formada por pequeñas partículas discretas.
¿Quién descubrió la fuerza de Lorentz?
La idea de la fuerza de Lorentz se fue construyendo a lo largo del tiempo gracias al trabajo de varios científicos importantes.
Primeros pasos en el electromagnetismo
Los primeros intentos de describir las fuerzas eléctricas y magnéticas de forma matemática se hicieron a mediados del siglo XVIII. Científicos como Johann Tobias Mayer y Henry Cavendish propusieron que estas fuerzas seguían una "ley de la inversa del cuadrado", lo que significa que la fuerza disminuye rápidamente a medida que la distancia entre los objetos aumenta. Sin embargo, fue Charles-Augustin de Coulomb quien, en 1784, lo demostró claramente con experimentos.
En 1820, Hans Christian Ørsted descubrió que una corriente eléctrica podía mover una aguja magnética. Poco después, André-Marie Ampère desarrolló una fórmula para describir la fuerza entre dos corrientes eléctricas. En ese tiempo, las fuerzas se describían en función de las propiedades de la materia y las distancias, no en términos de campos eléctricos y magnéticos.
Contribuciones clave de científicos
El concepto moderno de campo eléctrico y magnético fue introducido por Michael Faraday con su idea de "líneas de fuerza". Más tarde, James Clerk Maxwell le dio una descripción matemática completa en sus famosas ecuaciones de campo en 1865. Aunque la ley de la fuerza de Lorentz estaba implícita en las ecuaciones de Maxwell, no era obvio en ese momento cómo se relacionaban con las fuerzas sobre objetos cargados en movimiento.
J. J. Thomson fue el primero en intentar derivar las fuerzas electromagnéticas sobre un objeto cargado en movimiento a partir de las ecuaciones de Maxwell en 1881. Aunque su fórmula tenía un pequeño error, sentó las bases. Oliver Heaviside corrigió los errores de Thomson en 1885 y 1889, llegando a la forma correcta de la fuerza magnética sobre un objeto cargado en movimiento.
Finalmente, en 1895, Hendrik Lorentz unió todas estas ideas y derivó la forma moderna y completa de la fórmula de la fuerza electromagnética. Esta fórmula incluye las contribuciones de los campos eléctrico y magnético a la fuerza total, y por eso lleva su nombre.
¿Por qué es importante la fuerza de Lorentz?
La fuerza de Lorentz es muy importante en la física porque nos ayuda a entender cómo interactúan las partículas cargadas con los campos eléctricos y magnéticos. Las ecuaciones de Maxwell nos dicen cómo las partículas cargadas y las corrientes crean campos eléctricos y magnéticos. La ley de la fuerza de Lorentz completa esta imagen al describir la fuerza que actúa sobre una carga en movimiento cuando ya hay campos electromagnéticos presentes.
Esta ley es fundamental para entender muchos fenómenos y tecnologías, como:
- El funcionamiento de los motores eléctricos, donde la fuerza magnética hace girar las bobinas.
- Los generadores eléctricos, que usan el movimiento en un campo magnético para producir electricidad.
- Los tubos de rayos catódicos (como los de las televisiones antiguas), donde los campos magnéticos desvían los electrones para formar imágenes.
- Los aceleradores de partículas, que usan campos electromagnéticos para guiar y acelerar partículas subatómicas.
En resumen, la fuerza de Lorentz es clave para comprender cómo la electricidad y el magnetismo se unen para crear movimiento y energía en el mundo que nos rodea.
Véase también
En inglés: Lorentz force Facts for Kids
