Hvad er en magnetisk feltstyrke?
Magnetfeltkraft er den virkning, som et magnetfelt udøver eller virker på en ladet partikel, såsom et molekyle, når det passerer gennem dette felt. Disse kræfter findes hver gang der er et elektrisk ladet molekyle i nærheden af en magnet, eller når elektricitet passerer gennem en ledning eller spole. Magnetfeltkraft kan bruges til at drive elektriske motorer og til at analysere kemiske strukturer i materialer på grund af den måde partikler reagerer på.
Når elektrisk strøm ledes gennem en ledning, skaber strømmen af elektroner et magnetfelt, hvilket skaber en kraft, der kan virke på andre materialer. Et almindeligt eksempel på magnetfeltkraft er en elektrisk motor, der bruger en bevægelig rotor med ledninger opviklet omkring sig, omgivet af en stator med yderligere spoler. Når en elektrisk strøm påføres statorspiralerne, skaber de et magnetfelt, og kraften i dette felt skaber drejningsmoment, der bevæger rotoren.
Retningen af magnetfeltkraften kan beskrives ved at bruge det, der kaldes højre regel. En person kan pege tommelfinger, pegefinger eller første finger og anden finger i tre forskellige retninger, ofte kaldet x-, y- og z-aksen. Hver finger og tommelfinger skal være 90 grader mod hinanden, så hvis personen peger pegefingeren opad, peger den anden finger mod venstre og tommelfingeren peger direkte mod personen.
Ved hjælp af dette arrangement af fingrene viser hver finger retningerne for den elektriske strømning (pegefingeren), magnetfeltet (anden finger) og den resulterende magnetfeltkraft (tommelfingeren). Når håndens fire fingre er krøllet mod håndfladen, viser dette magnetfeltets retning, mens tommelfingeren stadig angiver kraftens retning. Brug af højre-reglen er en nem måde for studerende at lære om magnetiske felter for at se effekterne af strøm og kræfter, der resulterer.
Magnetfelter kan være meget nyttige i laboratoriet til analyse af materialer. Hvis et materiale skal identificeres eller nedbrydes i dets molekylære komponenter, kan prøven ioniseres, hvilket ændrer materialet til en gas med positive eller negative elektriske ladninger. Denne ioniserede gas ledes derefter gennem et stærkt magnetfelt og går ud i et opsamlingsområde.
Massen eller vægten af hver ioniseret partikel i testprøven reagerer forskelligt på magnetfeltkraften, og partiklerne bøjes lidt fra en lige retning. En opsamlingsenhed registrerer, hvor hver partikel rammer detektoren, og computersoftware kan identificere molekylet fra, hvordan det interagerer med feltet. En type enhed, der bruger denne teknologi kaldes et massespektrometer og er vidt brugt til at hjælpe med at identificere ukendte stoffer.
En anden anvendelse af magnetiske felter for at forårsage ændringer i ioniserede materialer er en partikelaccelerator. I slutningen af det 20. århundrede lå den største partikelaccelerator, der blev bygget på det tidspunkt, ved grænsen mellem Schweiz og Frankrig, med 27 km (27 kilometer) accelerator dybt under jorden i en stor løkke. Udstyret drage fordel af magnetfeltkraft til hurtigt at accelerere ladede partikler ind i løkken, hvor yderligere felter fortsatte med at fremskynde eller accelerere de ladede partikler.
Da højhastighedspartiklerne cirklede den store opsamler, blev de styret af andre magnetfeltkontroller og sendt til kollisioner med andre materialer. Dette udstyr blev bygget til at teste højenergikollisioner, der ligner dem, der ses i solen eller andre stjerner, og under nukleare reaktioner. Placeringen under jorden blev brugt til at forhindre partikler i at interferere med testresultaterne, fordi stenlagene over acceleratoren absorberede højhastighedsenergi og ioner.