A Lorentz-erő, a mágneses térben mozgó töltött részecskékre ható erő (1. ábra) döntő szerepet játszik számos alkalmazásban, az elektronikus eszközöktől és motoroktól kezdve az érzékelőkön és a képalkotáson át az orvosbiológiai alkalmazásokig. Kimutatták, hogy a mágneses tér képes leképezni az áramot és a vezetőképességet, aminek számos biológiai és orvosi alkalmazása van, például az agy és a szív elektromos aktivitásának feltérképezése, valamint a kóros szövetek, például a daganatok kimutatása az elektromos tulajdonságok változásai alapján. A Lorentz-erő egyre nagyobb szerepet játszik az olyan új képalkotási technikákban, mint az áram magnetoakusztikus képalkotása, a Hall-effektus képalkotása, a vezetőképesség ultrahanggal indukált Lorentz-erő képalkotása, a mágneses indukcióval végzett magnetoakusztikus tomográfia és az akcióáramok Lorentz-erő képalkotása mágneses rezonancia képalkotással. Csoportunk a Lorentz-erő hatását a láng, az elektrokémiai reakciók, a lágy anyagok, valamint a Schileren-technika vizsgálatára használja. A mágneses tér ionáramokra gyakorolt hatása az elektrokémia, a hidrodinamika és a mágnesesség interdiszciplináris fogalma. Az eredmények néha meglepőek, és megvilágításuk váratlan betekintést nyújthat az alapvető elektrokémiai folyamatokba, valamint új gyakorlati alkalmazásokhoz vezethet. Jelenleg a Lorentz-erőnek az elektrokémiai rezgési reakciókra gyakorolt hatásán dolgozunk. Kimutattuk, hogy a Lorentz-erő fokozhatja a tömegszállítást az elektrokémiai reakciókban. Ezt a hatást magnetohidrodinamikai (MHD) hatásnak nevezzük, és az elektrolitban konvektív mozgásokat kiváltó mágneses erők okozzák.
 |
1. ábra: Egy töltött részecske mozgásának vázlata mágneses térben. |
A mágneses erő ugyanis konvektív mozgást idéz elő az elektrolitban a Lorentz-erő hatására, amely a következőképpen adódik:
F= q(E + v × B)
ahol E az elektromos tér, B a mágneses tér és v a töltött részecske sebessége (q). Amikor egy ion (töltött részecske) belép a mágneses térbe, olyan erőt tapasztal, amely merőleges a tárgy sebességének és a mágneses térnek az irányára. Ez az erő centripetális gyorsulást és következésképpen a részecske körkörös mozgását okozza a közegben az alábbiakban leírt egyenletek alapján. Elektromos tér hiányában:
Ezekből az egyenletekből kiderül, hogy a mágneses térre merőlegesen v sebességű töltött részecske körpályán mozog. Ennek a körkörös mozgásnak a sugara fordítottan függ a mágneses tér erősségétől. Ez azt jelenti, hogy a nagy mágneses térerősségű területeken kisebb sugarú körkörös mozgást tapasztalunk, míg a nagyobb mágneses térerősségű területeken a körkörös mozgás sugara nagyobb. Valójában a mágneses térvonalakkal párhuzamos sebességkomponenst ez nem befolyásolja, mivel a mágneses erő a mezővel párhuzamos mozgás esetén nulla. Ezáltal körkörös mozgás helyett spirális mozgás (azaz spirális mozgás) jön létre (2. ábra). Ezért a Lorentz-erő javítja a tömegátadást az elektrokémiai cellákban a forgó és spirális mozgás miatt.
 |
2. ábra: Egy töltött részecske spirális mozgásának vázlata a körkörös mozgás helyett. |