نیروی لورنتس

نیروی لورنتس ( Lorentz force ) در فیزیک، نیروی وارد بر بار نقطه ای در میدان الکترومغناطیسی است. این نیرو با استفاده از رابطهٔ زیر که شامل میدان های الکتریکی و مغناطیسی است بیان می شود:
که درآن
به طور معادل عبارت زیر برای پتانسیل برداری و پتانسیل اسکالر است:
که در آن
این معادلات برداری هستند و کلیهٔ کمیت هایی که به صورت پررنگ نوشته شده اند، بردار هستند. ( مشخصا: F, E، v, Bو A )
قانون نیروی لورنتس رابطهٔ نزدیک با قانون القای فاراده دارد جسمی که به صورت نسبت باردار شده در همان جهت میدان الکتریکی شتاب می گیرد اما به طور عمود بر سرعت لحظه ای و میدان مغناطیسیB است و براساس قانون دست راست عمل می کند ( یعنی اگر انگشت شست است راست جهت v باشد انگشت اشاره جهت B و خمش انگشتان جهت F را مشخص می کند ) عبارت qE نیروی الکتریکی بیست و B× qv عبارت نیروی مغناطیسی است براساس همین رابطه نیروی لورنتس را می توان به صورت زیر بیان کرد
با نیروی کامل الکترومغناطیسی ( که شامل عبارت نیروی الکتریکی نیز هست ) اسامی دیگری ( که غیر استاندارد هستند ) گفته می شوند که بیان نیروی لورنتس برای این نیروی کامل استانداردترین نام است. مولفهٔ مغناطیسی نیروی لورنتس نیرویی است بر سیم حامل جریان در میدان مغناطیسی دارد می شود که به تنهایی نیروی لاپلاس نامیده می شود که بزرگی این نیرو qvBsinA است و جهت آن عمود بر B, v است اگر B, v عمود باشند بزرگی این نیرو به صورت qvB خواهد بود؛ و مسیر حرکت به صورت دایره ای خواهد بود اگرچه بزرگی سرعت تغییر می کند اما جهت آن به صورت دایره ای تغییر خواهد کرد
اولین تلاش ها برای تشریح کمّی نیروی الکترومغناطیسی در اواسط قرن ۱۸ بود که پیشنهادی بر نیروی وارد بر قطب های مغناطیسی بود. این کار توسط جان توبیاس مایر ( john tobias Mayor ) و دیگران در ۱۷۶۰ و اجسام باردار الکتریکی توسط هنری کاوندیش در ۱۷۶۲ که قانون عکس مجذور فاصله پیروی می کند البته در هیچ کدام از این در مورد اثبات های تجربی کامل نشدند و تا ۱۷۸۴ تا زمانی که شارل آگوستن دو کولن با استفاده از یک تعادل پیچ خوردگی فنری توانست نشان دهد که روش های اثبات تجربی این مسئله درست هستند. کمی بعد در ۱۸۲۰ اورستد نشان داد که عقربهٔ مغناطیسی به اعمال ولتاژ و جریان عکس العمل نشان می دهد. در همان نسل آندره - ماری آمپر توانست رابطهٔ بین نیرو با زاویهٔ نا مشخص بین دو المان جریان را پیدا کند. در تمام این توصیفات نیرو به عنوان ویژگی خاص از یک المان در فاصلهٔ مشخص از میدان الکتریکی مغناطیسی بیان می شد. اولین بیان مدرن از مفهوم میدان الکتریکی و مغناطیسی در نظریهٔ مایکل فاراده خود را نشان داد به ویژه نظریهٔ او راجع به خطوط نیرو و بعدها توصیف ریاضی کامل این نظریه توسط لرد کلوین و جیمز کلارک ماکسول ارائه شد. ماکسول با معادلاتش راهی برای رابطهٔ بین نیروی لورنتس و میدان الکتریکی پیدا کرد. اگرچه در آن زمان کسی درک نمی کرد که الکتریسته شامل حرکت بارهای الکتریکی نیز می شود؛ و اینکه حرکت این بارهای الکتریکی باعث ایجاد میدان مغناطیسی می شود. هنری رولند در ۱۸۷۵ نشان داد که بارهای متحرک الکتریکی مانند سیم حامل جریان، میدان مغناطیسی ایجاد می کنند. در همان زمان بود که تامسون سعی می کرد با استفاده از نتایج معادلات ماکسول نیروی وارد شده ( وارده ) از طرف میدان مغناطیسی را بر بار الکتریکی اجسام متحرک به عنوان یک ویژگی خارجی اثبات کند. در توجیه رفتار الکترومغناطیسی در پرتوهای کاتدی تامسون مقاله ای در ۱۸۸۱ چاپ کرد و در آن نیروی وارد بر بار از طرف میدان خارجی را با رابطهٔ زیر به دست آورد. [ ۱]