Lorentz kuvveti

Lorentz kuvveti, fizikte, özellikle elektromanyetizmada, elektromanyetik alanların noktasal yük üzerinde oluşturduğu elektrik ve manyetik kuvvetlerin bileşkesidir. Eğer q yük içeren bir parçacık bir elektriksel E ve B manyetik alanın var olduğu bir ortamda v hızında ilerliyor ise bir güç hissedecektir. Oluşturulan herhangi bir kuvvet için, bir de reaktif kuvvet vardır. Manyetik alan için reaktif kuvvet anlamlı olmayabilir, fakat her durumda dikkate alınmalıdır.
(SI birimleri ile). Bu temel denklemdeki farklılıklar, akım taşıyan teldeki manyetik alan kuvvetini tanımlamaktadır (Bazen Laplace kuvveti olarak da anılır). Manyetik alan içinde ilerleyen kapalı tel döngü üzerindeki elektromotiv kuvveti  ve ışık hızında hareket eden yük taşıyan bir parçacık üzerindeki kuvveti tanımlar (Lorenz kuvvetinin relativite formudur).
Tarihçiler her ne kadar ilk çalışmaları 1865 yılında James Clerk Maxwell yazdığı bir makaleyle ilişkilendirselerde  Lorenz kuvvetinin ilk geliştirilmesi, 1889 yılında Oliver Heaviside’a atfedilmektedir. Hendrik Lorentz denklemi Heaviside’dan birkaç yıl sonra geliştirmiştir.

Denklem (SI birimi)

Ayrıca inceleyin: SI birimi

Lorentz kuvveti nedeni ile parçacıkların iz düşümü

Pek çok pratik uygulaması olan durumlar için elektrik yükü bulunan bir parçacığın (plazma içindeki elektron veya iyon) oluşturduğu manyetik alan, bir nokta etrafında (yönlendirici merkez) görece hızlı dönme hareketi ve bu noktanın yavaş kaymasının çakıştırılması olarak yapılandırılabilir. Kayma hızı, parçacık türünün yük derecesine, kütlesine veya sıcaklığına bağlı olarak değişir ve olasıkla elektrik akımlarına ve kimyasal ayrışmalara neden olur.

Lorentz kuvvetlerinin önemi

Modern Maxwell denklemleri elektrik yükü taşıyan parçacıkların ve akımların veya yüklü parçacıkların hareketinin, elektrik ve manyetik alanı nasıl oluşturduğunu tanımlarken, Lorentz kuvveti kanunu elektromanyetik alanın hareket eden yüklü parçacığın üzerinde yarattığı kuvveti tanımlayarak, resmi tamamlamaktadır. Lorentz kuvveti E ve B’nin yüklü bir parçacık üzerindeki etkisini tanımlamaktadır. Ancak bu elektromanyetik kuvvetler bütün resmi kapsamamaktadır. Yüklü parçacılar, muhtemelen yerçekimi ve nükleer kuvvetler gibi diğer kuvvetlerle eşleşmişlerdir. Bu nedenle Maxwell denklemleri diğer fizik kanunlarında ayrı tutulamaz ve yük ve akım yoğunlukları vasıtası ile ilişkilendirilmişlerdir. Nokta yükün Lorentz kanununa verdiği tepki işin bir yönü iken, E ve B’nin akımlar ve yükle nedeni ile oluşması diğer yönüdür.
Gerçek malzemelerde Lorentz kuvveti yüklü parçacıkların davranışını tanımlamakta, hem prensip olarak hem de hesaplama olarak yetersiz kalmaktadır. Bir malzeme ortamında, yüklü parçacıklar hem E’ye hem de B’ye tepki verirler ve ayrıca bu alanları oluştururlar. Karmaşık taşınım denklemleri yüklerin zaman ve uzaydaki tepkilerini belirlemek için çözülmelidir. Örneğin, Boltzman denklemi, Fokker-Planck denklemi veya Navier-Stokes denklemi gibi. Magnetohidrodinamik, akışkanlar dinamiği, elektrohidrodinamik, süper-iletkenlik, yıldız oluşumu gibi konular incelenebilir. Bu konuları irdeleyecek fizik donanımları (kanunlar, denklemler ve matematik vb..) geliştirilmiştir. Bu amaçla Green-Kubo ilişkileri ve Green denklemleri (çoklu gövde teorisi) incelenebilir.

EMF

Lorentz kuvvetinin manyetik bileşeni olan (q v × B), hareketsel elektromotif kuvvetten sorumludur. Bu kuvvet de elektrik motorlarının altında yatan temel fenomendir. Bir iletken, manyetik alanın içinde hareket ettirildiği zaman, manyetik kuvvet elektronu tel içerisinde ittirmeye çalışır ve bu da bir EMF oluşturur. “Hareketsel EMF” kavramı da bu fenomene uygulanabilir çünkü EMF de telin hareketine bağlı olarak oluşur.
Başka elektriksel motorlarda da, mıknatıs hareket eder, iletkenler etmez. Bu durumda, EMF Lorentz denklemindeki (qE) terimine bağlı olur. Bu durumda elektrik alan değişen manyetik alan sayesinde oluşur ve bu elektrik alan da Maxwell-Faraday denklemlerinde belirtilen bir indüklenmiş EMFe sebep olur.
Farklı kaynaklardan doğmalarına rağmen bu iki EMF de aynı denklem ile açıklanabilir, çünkü EMF teldeki manyetik akıda oluşan değişime tekabül eder. (Bu Faraday’ın Kanunudur.) Einstein’in özel görelilik teorisi de kısmen bu iki etki arasındaki bağı daha iyi anlamaktan esinlenerek yola çıkılmıştır. Hatta, hem elektrik hem manyetik alan, ikisi de aynı elektromanyetik alanın iki farklı yüzüdürler ve bir eylemsiz referans sisteminden, diğerine geçiş yaparlar. Yani elektrik alanın solenoid vektör alan kısmı tamamen manyetik alana dönüşebilir ya da manyetik alan için tam tersi.

Dip not

1.^ Jump up to:a b c Oliver Heaviside By Paul J. Nahin, p120
2.^ Jump up to:a b Huray, Paul G. (2009). Maxwell's Equations. Wiley-IEEE. p. 22. ISBN 0-470-54276-4.
3.^ Jump up to:a b See Jackson page 2. The book lists the four modern Maxwell's equations, and then states, "Also essential for consideration of charged particle motion is the Lorentz force equation, F = q ( E+ v × B ), which gives the force acting on a point charge q in the presence of electromagnetic fields."
4.Jump up^ See Griffiths page 204.
5.Jump up^ For example, see the website of the "Lorentz Institute": \[1], or Griffiths.
6.^ Jump up to:a b c Griffiths, David J. (1999). Introduction to electrodynamics. reprint. with corr. (3rd ed.). Upper Saddle River, New Jersey [u.a.]: Prentice Hall. ISBN 978-0-13-805326-0.
7.Jump up^ Meyer, Herbert W. (1972). A History of Electricity and Magnetism. Norwalk, Connecticut: Burndy Library. pp. 30–31.ISBN 0-262-13070-X.
8.Jump up^ Verschuur, Gerrit L. (1993). Hidden Attraction : The History And Mystery Of Magnetism. New York: Oxford University Press. pp. 78–79. ISBN 0-19-506488-7.
9.Jump up^ Darrigol, Olivier (2000). Electrodynamics from Ampère toEinstein. Oxford, [England]: Oxford University Press. pp. 9, 25.ISBN 0-19-850593-0.
10.Jump up^ Verschuur, Gerrit L. (1993). Hidden Attraction : The History And Mystery Of Magnetism. New York: Oxford University Press. p. 76.ISBN 0-19-506488-7.
11.Jump up^ Darrigol, Olivier (2000). Electrodynamics from Ampère toEinstein. Oxford, [England]: Oxford University Press. pp. 126–131, 139–144. ISBN 0-19-850593-0.
12.Jump up^ Darrigol, Olivier (2000). Electrodynamics from Ampère toEinstein. Oxford, [England]: Oxford University Press. pp. 200, 429–430. ISBN 0-19-850593-0.
13.Jump up^ Heaviside, Oliver. "On the Electromagnetic Effects due to the Motion of Electrification through a Dielectric". Philosophical Magazine, April 1889, p. 324.
14.Jump up^ Darrigol, Olivier (2000). Electrodynamics from Ampère toEinstein. Oxford, [England]: Oxford University Press. p. 327.ISBN 0-19-850593-0.
15.Jump up^ Whittaker, E. T. (1910). A History of the Theories of Aether and Electricity: From the Age of Descartes to the Close of the Nineteenth Century. Longmans, Green and Co. pp. 420–423.ISBN 1-143-01208-9.
16.Jump up^ See Griffiths page 326, which states that Maxwell's equations, "together with the [Lorentz] force law...summarize the entire theoretical content of classical electrodynamics".
17.Jump up^ See, for example, Jackson p777-8.
18.Jump up^ J.A. Wheeler, C. Misner, K.S. Thorne (1973). Gravitation. W.H. Freeman & Co. pp. 72–73. ISBN 0-7167-0344-0.. These authors use the Lorentz force in tensor form as definer of theelectromagnetic tensor F, in turn the fields E and B.
19.Jump up^ I.S. Grant, W.R. Phillips, Manchester Physics (2008).Electromagnetism (2nd ed.). John Wiley & Sons. p. 122. ISBN 978-0-471-92712-9.
20.Jump up^ I.S. Grant, W.R. Phillips, Manchester Physics (2008).Electromagnetism (2nd Edition). John Wiley & Sons. p. 123.ISBN 978-0-471-92712-9.
21.^ Jump up to:a b See Griffiths pages 301–3.
22.Jump up^ Tai L. Chow (2006). Electromagnetic theory. Sudbury MA: Jones and Bartlett. p. 395. ISBN 0-7637-3827-1.
23.^ Jump up to:a b Landau, L. D., Lifshit︠s︡, E. M., & Pitaevskiĭ, L. P. (1984).Electrodynamics of continuous media; Volume 8 Course of Theoretical Physics (Second ed.). Oxford: Butterworth-Heinemann. p. §63 (§49 pp. 205–207 in 1960 edition). ISBN 0-7506-2634-8.
24.Jump up^ Roger F Harrington (2003). Introduction to electromagnetic engineering. Mineola, New York: Dover Publications. p. 56.ISBN 0-486-43241-6.
25.Jump up^ M N O Sadiku (2007). Elements of elctromagnetics (Fourth ed.). NY/Oxford: Oxford University Press. p. 391. ISBN 0-19-530048-3.
26.Jump up^ Classical Mechanics (2nd Edition), T.W.B. Kibble, European Physics Series, Mc Graw Hill (UK), 1973, ISBN 0-07-084018-0.
27.Jump up^ Hestenes, David. "SpaceTime Calculus".