La forza di Lorentz, la forza che agisce sulle particelle cariche in movimento in un campo magnetico (Figura 1), gioca un ruolo cruciale in varie applicazioni che vanno dai dispositivi elettronici e motori, sensori, imaging alle applicazioni biomediche. È stato dimostrato che il campo magnetico è in grado di visualizzare la corrente e la conduttività che ha molte applicazioni biologiche e mediche come la mappatura dell’attività elettrica nel cervello e nel cuore, e per rilevare tessuti anormali come i tumori attraverso i cambiamenti nelle proprietà elettriche. La forza di Lorentz gioca un ruolo sempre più importante nelle nuove tecniche di imaging come l’imaging magneto-acustico della corrente, l’imaging dell’effetto Hall, l’imaging della forza di Lorentz indotto dagli ultrasuoni della conduttività, la tomografia magneto-acustica con induzione magnetica e l’imaging della forza di Lorentz delle correnti d’azione usando la risonanza magnetica. Il nostro gruppo sta usando l’effetto della forza di Lorentz per studiare la fiamma, le reazioni elettrochimiche, i materiali morbidi e la tecnica di Schileren. L’effetto del campo magnetico sulle correnti ioniche è un concetto interdisciplinare di elettrochimica, idrodinamica e magnetismo. I risultati sono a volte sorprendenti, e la loro delucidazione può portare a intuizioni inaspettate nei processi elettrochimici fondamentali, così come a nuove applicazioni pratiche. Attualmente stiamo lavorando sull’effetto della forza di Lorentz sulle reazioni di oscillazione elettrochimica. Abbiamo dimostrato che la forza di Lorentz può migliorare il trasporto di massa nelle reazioni elettrochimiche. Questo effetto è chiamato effetto magnetoidrodinamico (MHD) ed è causato da forze magnetiche che inducono movimenti convettivi nell’elettrolita.
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Figura 1: Schema del movimento di una particella carica in campo magnetico. |
In effetti, la forza magnetica induce un movimento convettivo nell’elettrolita dovuto alla forza di Lorentz che è data da:
F= q(E + v × B)
dove E è il campo elettrico, B è il campo magnetico e v è la velocità della particella carica (q). Quando uno ione (particella carica) entra nel campo magnetico, sperimenta una forza che è perpendicolare alla direzione della velocità dell’oggetto e del campo magnetico. Questa forza provoca un’accelerazione centripeta e di conseguenza un moto circolare della particella nel mezzo in base alle equazioni descritte di seguito. In assenza di un campo elettrico:
Queste equazioni rivelano che una particella carica con velocità v perpendicolare al campo magnetico si muove in un percorso circolare. Il raggio di questo movimento circolare dipende inversamente dalle forze del campo magnetico. Ciò significa che nelle regioni con un’alta intensità di campo magnetico abbiamo un moto rotatorio con un raggio più piccolo, mentre nelle regioni con un’alta intensità di campo magnetico il raggio del moto circolare è più grande. Infatti, la componente della velocità parallela alle linee del campo magnetico non è influenzata, poiché la forza magnetica è zero per il moto parallelo al campo. Questo produce un moto elicoidale (cioè un moto a spirale) piuttosto che un moto circolare (Figura 2). Pertanto, la forza di Lorentz migliora il trasferimento di massa nelle cellule elettrochimiche a causa del moto rotatorio e a spirale.
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Figura 2: Schema di un moto a spirale di una particella carica piuttosto che un moto circolare. |