Force de Lorentz : le mouvement des particules chargées dans le champ magnétique

La force de Lorentz décrit la force qui agit sur une particule chargée électriquement ou sur un conducteur de courant lorsqu'ils se trouvent dans un champ magnétique. C'est un concept central de l'électrodynamique, qui doit son nom au physicien néerlandais Hendrik Antoon Lorentz (1853-1928). La force de Lorentz est responsable de nombreux phénomènes fondamentaux en physique et en ingénierie, comme le fonctionnement des moteurs électriques et des accélérateurs de particules.

Formule de la force de Lorentz

La force de Lorentz ? sur une particule chargée de charge q se déplaçant à la vitesse ? dans un champ magnétique ? est décrite par la formule suivante :

? = q - ( ? × ?)

Où:

• ? La force de Lorentz (en Newton, N)
• q : La charge électrique (en Coulomb, C)
• ? La vitesse de la particule (en mètres par seconde, m/s)
• ? La densité de flux magnétique (en Tesla, T)

Le symbole "×" représente le produit en croix qui indique la direction de la force. La direction de la force de Lorentz est perpendiculaire à la fois au mouvement ( ?) de la particule et au champ magnétique ( ?). Elle peut être déterminée à l'aide de la règle de la main droite.

Caractéristiques de la force de Lorentz

• Dépendance de la direction: La force agit toujours perpendiculairement au mouvement et au champ magnétique, ce qui conduit souvent à une trajectoire circulaire ou en spirale de la particule.
• Dépendance de la vitesse: Plus la particule se déplace rapidement, plus la force de Lorentz est forte.
• Pas de travail: La force de Lorentz n'effectue aucun travail sur la particule, car elle agit toujours perpendiculairement à la direction du mouvement. Elle ne modifie donc que la direction, mais pas la vitesse.

Applications de la force de Lorentz

La force de Lorentz a de nombreuses applications dans la science et la technique:

• Moteurs électriques : Les conducteurs parcourus par un courant dans des champs magnétiques subissent un mouvement dû à la force de Lorentz, qui constitue la base du fonctionnement des moteurs électriques.
• Accélérateurs de particules: Les particules chargées sont maintenues sur des trajectoires circulaires par la force de Lorentz, comme dans le Large Hadron Collider (LHC).
• Capteurs de champ magnétique : Des appareils comme les capteurs Hall mesurent la force de Lorentz pour déterminer l'intensité des champs magnétiques.
• Physique des plasmas : Dans les réacteurs de fusion comme les tokamaks, la force de Lorentz aide à contrôler et à confiner le plasma chaud.

Des informations intéressantes sur la force de Lorentz

Saviez-vous que la force de Lorentz est utilisée dans les propulsions magnétohydrodynamiques, comme celles testées sur certains navires modernes ? Dans ce cas, l'eau est ionisée et accélérée par la force de Lorentz, ce qui permet de se déplacer presque sans bruit.