La fuerza de Lorenz, la fuerza que actúa sobre las partículas cargadas en movimiento en un campo magnético (Figura 1), desempeña un papel crucial en diversas aplicaciones que van desde los dispositivos y motores electrónicos, los sensores, la obtención de imágenes hasta las aplicaciones biomédicas. Se ha demostrado que el campo magnético es capaz de obtener imágenes de la corriente y la conductividad, lo que tiene muchas aplicaciones biológicas y médicas, como la cartografía de la actividad eléctrica en el cerebro y el corazón, y la detección de tejidos anormales, como los tumores, mediante cambios en las propiedades eléctricas. La fuerza de Lorentz desempeña un papel cada vez más importante en nuevas técnicas de imagen, como la imagen magnetoacústica de la corriente, la imagen del efecto Hall, la imagen de la fuerza de Lorentz inducida por ultrasonidos de la conductividad, la tomografía magnetoacústica con inducción magnética y la imagen de la fuerza de Lorentz de las corrientes de acción mediante resonancia magnética. Nuestro grupo utiliza el efecto de la fuerza de Lorentz para estudiar la llama, las reacciones electroquímicas y los materiales blandos, así como la técnica de Schileren. El efecto del campo magnético sobre las corrientes iónicas es un concepto interdisciplinario de la electroquímica, la hidrodinámica y el magnetismo. Los resultados son a veces sorprendentes, y su elucidación puede conducir a conocimientos inesperados sobre procesos electroquímicos fundamentales, así como a nuevas aplicaciones prácticas. Actualmente estamos trabajando en el efecto de la fuerza de Lorentz en las reacciones de oscilación electroquímica. Hemos demostrado que la fuerza de Lorentz puede mejorar el transporte de masa en las reacciones electroquímicas. Este efecto se denomina efecto magnetohidrodinámico (MHD) y está causado por fuerzas magnéticas que inducen movimientos convectivos en el electrolito.
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Figura 1: Esquema del movimiento de una partícula cargada en un campo magnético. |
De hecho, la fuerza magnética induce un movimiento convectivo en el electrolito debido a la fuerza de Lorentz que viene dada por:
F= q(E + v × B)
donde E es el campo eléctrico, B es el campo magnético y v es la velocidad de la partícula cargada (q). Cuando un ion (partícula cargada) entra en el campo magnético, experimenta una fuerza que es perpendicular a la dirección de la velocidad del objeto y del campo magnético. Esta fuerza provoca una aceleración centrípeta y, en consecuencia, un movimiento circular de la partícula en el medio según las ecuaciones descritas a continuación. En ausencia de un campo eléctrico:
Estas ecuaciones revelan que una partícula cargada con velocidad v perpendicular al campo magnético se mueve en una trayectoria circular. El radio de este movimiento circular depende inversamente de la intensidad del campo magnético. Esto significa que en las regiones con alta intensidad de campo magnético tenemos un movimiento de rotación con un radio menor, mientras que en las regiones con mayor intensidad de campo magnético el radio del movimiento circular es mayor. De hecho, la componente de la velocidad paralela a las líneas del campo magnético no se ve afectada, ya que la fuerza magnética es nula para el movimiento paralelo al campo. Esto produce un movimiento helicoidal (es decir, un movimiento en espiral) en lugar de un movimiento circular (Figura 2). Por lo tanto, la fuerza de Lorentz mejora la transferencia de masa en las celdas electroquímicas debido al movimiento rotacional y en espiral.
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Figura 2: Esquema de un movimiento en espiral de una partícula cargada en lugar de un movimiento circular. |