Голландський вчений Г. А. Лоренц пояснив існування сили Ампера тим, що магнітне поле діє на рухомі заряди в провіднику з струмом. Оскільки ці заряди вирватися з провідника не можуть, то загальна сила, що діє на них, виявляється прикладеною до провідника.
Таким чином, сила Ампера FА є сумою сил, що діють на вільні заряди в провіднику з струмом. Це припущення дає можливість знайти силу F л, що діє на один рухомий заряд в магнітному полі. Цю силу F л прийнято називати силою Лоренца. Отже,
F л = FA / N,
де N - загальне число вільних зарядів в провіднику з струмом. У металі такими зарядами є електрони, заряд кожного з них дорівнює е. Так як FA = BIlsinα і I = vn0eS, то
З огляду на, що n0V = N, отримаємо формулу для обчислення сили Лоренца:
F л = Bvesinα, (22.22)
де а. - кут між векторами В і v.
Напрямок сили Лоренца знаходиться за допомогою правила лівої руки. Застосовуючи його, потрібно пам'ятати, що якщо в магнітному полі рухається позитивний заряд е +, то чотири витягнутих пальці повинні бути спрямовані в бік його руху, т. Е. В сторону вектора v, а якщо рухається негативний заряд е-, то витягнуті чотири пальці повинні бути спрямовані проти v.
Виявляється, сила Лоренца завжди перпендикулярна площині, в якій знаходяться вектори В і v. Це означає, що вона перпендикулярна кожному з цих векторів. Отже, сила Лоренца роботи не робить, т. Е. Не може змінити кінетичної енергії вільних зарядів, що рухаються в магнітному полі. Вона може тільки змінити напрямок швидкості руху вільних зарядів, т. Е. Є доцентровою силою.
Припустимо, що заряд q, що має масу m і швидкість v, влітає в однорідне магнітне поле з індукцією В так, що вектор швидкості v перпендикулярний вектору В. Тоді F л = Fц:
qBv = mv2 / r
В цьому випадку заряд буде рухатися по колу (рис. 22.34) з радіусом:
R = mv / qB
(Лінії індукції на читача на рис. 22.34 спрямовані на читача).
Якщо напрямок швидкості по відношенню до ліній індукції становить кут α, відмінний від 90 °, то заряд буде рухатися по гвинтовій траєкторії навколо ліній індукції поля (рис. 22.35), так як вектор v можна розкласти на складові Vпр і vн. Одна з них, поздовжня Vпр, спрямована уздовж ліній індукції, а інша, vн, - перпендикулярно до них. Остання визначає радіус витків r, а поздовжня складова Vпр змінюватися не буде. Якщо заряд пройде один виток за час Т, то вздовж лінії індукції він за цей час переміститься на відстань h = vпрТ. Неважко бачити, що vnp = vcosα, vн = vsinα, ah є кроком гвинтової лінії.
При русі зарядженої частинки в неоднорідному магнітному полі не тільки напрямок, але і величина сили Лоренца буде змінюватися і траєкторія руху частинки може бути дуже помилковою.
Розглянемо тепер випадок, коли заряджена частинка влітає в сильне магнітне поле, як показано на рис. 22.36. Якщо частинка рухається в площині, перпендикулярній лініям індукції, то, влетівши в магнітне поле і описавши дугу (радіус якої визначається формулою (22.23)), вона вилітає з магнітного поля. Якщо частка влітає в поле під довільним кутом до ліній індукції, то, пролетівши в поле якусь частину витка спіралі, вона теж відкидається полем. Таким чином, сильне магнітне поле відкидає влітають в нього заряджені частинки (тому такі поля називають іноді магнітним і дзеркалами). Зауважимо, що це властивість магнітного поля використовують в ядерній фізиці для ізоляції високотемпературної плазми. Навколо неї створюють сильні магнітні поля, які відкидають заряджені частинки плазми і виконують таким чином роль своєрідного «судини», в якому утримується плазма.