Siła Lorentza, siła działająca na poruszające się naładowane cząstki w polu magnetycznym (rysunek 1), odgrywa kluczową rolę w różnych zastosowaniach, od urządzeń elektronicznych i silników, czujników, obrazowania do zastosowań biomedycznych. Wykazano, że pole magnetyczne jest w stanie obrazować prąd i przewodnictwo, co ma wiele zastosowań biologicznych i medycznych, takich jak mapowanie aktywności elektrycznej w mózgu i sercu oraz do wykrywania nieprawidłowych tkanek, takich jak guzy, poprzez zmiany właściwości elektrycznych. Siła Lorentza odgrywa coraz większą rolę w nowych technikach obrazowania, takich jak magnetoakustyczne obrazowanie prądu, obrazowanie efektu Halla, indukowane ultradźwiękami obrazowanie przewodnictwa za pomocą siły Lorentza, tomografia magnetoakustyczna z indukcją magnetyczną oraz obrazowanie prądów czynnościowych za pomocą rezonansu magnetycznego. Nasza grupa wykorzystuje efekt siły Lorentza do badania płomienia, reakcji elektrochemicznych, materiałów miękkich oraz techniki Schilerena. Wpływ pola magnetycznego na prądy jonowe jest interdyscyplinarną koncepcją z zakresu elektrochemii, hydrodynamiki i magnetyzmu. Wyniki są czasami zaskakujące, a ich wyjaśnienie może prowadzić do nieoczekiwanego wglądu w podstawowe procesy elektrochemiczne, jak również do nowych zastosowań praktycznych. Obecnie pracujemy nad wpływem siły Lorentza na elektrochemiczne reakcje oscylacyjne. Wykazaliśmy, że siła Lorentza może zwiększyć transport masy w reakcjach elektrochemicznych. Efekt ten jest nazywany efektem magnetohydrodynamicznym (MHD) i jest spowodowany przez siły magnetyczne, które indukują ruchy konwekcyjne w elektrolicie.
 |
Rysunek 1: Schemat ruchu cząstki naładowanej w polu magnetycznym. |
W rzeczywistości, siła magnetyczna wywołuje ruch konwekcyjny w elektrolicie z powodu siły Lorentza, która jest dana przez:
F= q(E + v × B)
gdzie E jest polem elektrycznym, B jest polem magnetycznym, a v jest prędkością cząstki naładowanej (q). Kiedy jon (cząstka naładowana) wchodzi w pole magnetyczne, doświadcza siły, która jest prostopadła do kierunku prędkości obiektu i pola magnetycznego. Siła ta powoduje przyspieszenie dośrodkowe i w konsekwencji ruch okrężny cząstki w ośrodku w oparciu o równania opisane poniżej. W przypadku braku pola elektrycznego:
Równania te ujawniają, że naładowana cząstka o prędkości v prostopadłej do pola magnetycznego porusza się po torze kołowym. Promień tego ruchu okrężnego odwrotnie zależy od natężenia pola magnetycznego. Oznacza to, że w rejonach o dużym natężeniu pola magnetycznego mamy do czynienia z ruchem obrotowym o mniejszym promieniu, natomiast w rejonach o większym natężeniu pola magnetycznego promień ruchu po okręgu jest większy. W rzeczywistości składowa prędkości równoległa do linii pola magnetycznego nie ulega zmianie, ponieważ siła magnetyczna jest równa zeru dla ruchu równoległego do pola. W ten sposób powstaje ruch helikalny (czyli spiralny), a nie kołowy (rys. 2). Dlatego też, siła Lorentza poprawia przenoszenie masy w ogniwach elektrochemicznych z powodu ruchu obrotowego i spiralnego.
 |
Rysunek 2: Schemat ruchu spiralnego naładowanej cząstki zamiast ruchu okrężnego. |
.