Force de Lorentz
La Force de Lorentz ou force électromagnétique est la force que subit une particule lorsqu'elle rentre avec une vitesse v dans un Champ magnétique B ou un champ électromagnétique en tournant en rond sur un cercle avec la force de Lorentz opposée à la force centrifuge, de façon un peu similaire à une planète autour du Soleil. Elle doit son nom au physicien néerlandais Hendrik Lorentz.
Il a développé les conséquences des équations de Maxwell. à partir des lois d'induction électromagnétiques avec les mêmes forces sur les électrons dans les métaux de cuivre qui font fonctionner les moteurs électriques.
La force est perpendiculaire à la vitesse v et ne change pas la vitesse de la particule ( produit vectoriel v par B ) à champ électrique E nul. Le sens de la force est fixé par le signe de la charge électrique et la valeur de la force croit comme la valeur de cette charge.
La particule décrit un cercle dans le champ magnétique B s'il est uniforme, dans un sens fixé par le signe de la charge q de la particule ( électron ou proton ) et le rayon R est fixé par la masse de la particule avec la force centrifuge m* v^2/R opposée et égale à la force de Lorentz.
Cette force permet de séparer les particules en fonction du signe de leur charge et de leur masse dans un spectromètre de masse utile pour déterminer la nature des atomes et électrons de la matière.
On voit ces cercles dans les détecteurs de particules des accélérateurs de particules comme au CERN à Genève.
Elle a été utilisée dans les téléviseurs à tube cathodique sous vide pour dévier les électrons..
Sa formule en résumé est :
représente la charge de la particule (positive ou négative) sur laquelle s'exerce la force, correspond à sa vitesse, et représentent respectivement le champ magnétique B et le champ électrique E. Le symbole correspond au produit vectoriel ( force perpendiculaire à la vitesse en pratique ).
Le champ électrique accélère la particule et le champ magnétique fait tourner en rond et donc la particule décrit une hélice autour des lignes du champ magnétique qui ainsi canalisent et guident les particules.
Ainsi les particules chargées solaires sont canalisées en tournant en grands cercles autour du champ magnétique de la terre qui les guide ainsi vers les pôles de la terre, Nord ou Sud où ce champ magnétique entre ou sort.
Cela donne des aurores boréales vers les pôles et protège toute la vie sur terre des particules dangereuses émises par le soleil pendant les éruptions solaires. Sans le champ magnétique terrestre la vie sur terre serait très différente, moins développée.
La force de Lorentz est un effet relativiste de changement de référentiel pour la charge en mouvement et les champs électromagnétiques, une preuve expérimentale de la relativité, car la force sur la particule avec E statique change dans le référentiel avec la vitesse v, en contradiction totale avec le principe de Galilée de force indépendante du référentiel.
La force est en v/c v sur la vitesse c de la lumière, dans les anciennes unités de Gauss ( g, cm, s ) , utilisées par Maxwell, qui a découvert la vitesse c de la lumière cachée dans l'électromagnétisme vers 1865. Il a ainsi prouvé expérimentalement que la lumière est une onde électromagnétique.
|
|
