Forța Lorenz, forța care acționează asupra particulelor încărcate în mișcare într-un câmp magnetic (Figura 1), joacă un rol crucial în diverse aplicații, de la dispozitive electronice și motoare, senzori, imagistică până la aplicații biomedicale. S-a demonstrat că câmpul magnetic este capabil să imagineze curentul și conductivitatea, ceea ce are numeroase aplicații biologice și medicale, cum ar fi cartografierea activității electrice în creier și inimă și pentru detectarea țesuturilor anormale, cum ar fi tumorile, prin modificări ale proprietăților electrice. Forța Lorentz joacă un rol din ce în ce mai important în tehnicile noi de imagistică, cum ar fi imagistica magnetoacustică a curentului, imagistica efectului Hall, imagistica forței Lorentz indusă prin ultrasunete a conductivității, tomografia magnetoacustică cu inducție magnetică și imagistica forței Lorentz a curenților de acțiune prin rezonanță magnetică. Grupul nostru utilizează efectul forței Lorentz pentru a studia flacăra, reacțiile electrochimice, materialele moi, precum și tehnica Schileren. Efectul câmpului magnetic asupra curenților ionici este un concept interdisciplinar din electrochimie, hidrodinamică și magnetism. Rezultatele sunt uneori surprinzătoare, iar elucidarea lor poate duce la perspective neașteptate asupra proceselor electrochimice fundamentale, precum și la noi aplicații practice. În prezent, lucrăm la efectul forței Lorentz asupra reacțiilor de oscilație electrochimică. Am demonstrat că forța Lorentz poate spori transportul de masă în reacțiile electrochimice. Acest efect se numește efect magnetohidrodinamic (MHD) și este cauzat de forțele magnetice care induc mișcări convective în electrolit.
 |
Figura 1: Schema mișcării unei particule încărcate în câmp magnetic. |
De fapt, forța magnetică induce o mișcare convectivă în electrolit datorită forței Lorentz care este dată de:
F= q(E + v × B)
unde E este câmpul electric, B este câmpul magnetic și v este viteza particulei încărcate (q). Atunci când un ion (particulă încărcată) intră în câmpul magnetic, resimte o forță care este perpendiculară pe direcția vitezei obiectului și a câmpului magnetic. Această forță determină o accelerație centripetă și, în consecință, o mișcare circulară a particulei în mediu, pe baza ecuațiilor descrise mai jos. În absența unui câmp electric:
Aceste ecuații arată că o particulă încărcată cu viteza v perpendiculară pe câmpul magnetic se deplasează pe o traiectorie circulară. Raza acestei mișcări circulare depinde invers de intensitatea câmpului magnetic. Aceasta înseamnă că în regiunile cu intensitate mare a câmpului magnetic avem o mișcare de rotație cu o rază mai mică, în timp ce în regiunile cu intensitate mai mare a câmpului magnetic raza mișcării circulare este mai mare. De fapt, componenta vitezei paralelă cu liniile câmpului magnetic nu este afectată, deoarece forța magnetică este nulă pentru mișcarea paralelă cu câmpul. Acest lucru produce o mișcare elicoidală (adică o mișcare în spirală) mai degrabă decât o mișcare circulară (figura 2). Prin urmare, forța Lorentz îmbunătățește transferul de masă în celulele electrochimice datorită mișcării de rotație și în spirală.
 |
Figura 2: Schema unei mișcări în spirală a unei particule încărcate mai degrabă decât a unei mișcări circulare. |
.