Qu'est-ce qu'une force de champ magnétique?
La force de champ magnétique est l'effet par lequel un champ magnétique exerce ou agit sur une particule chargée, telle qu'une molécule, lorsqu'elle traverse ce champ. Ces forces existent chaque fois qu'une molécule chargée électriquement se trouve à proximité d'un aimant ou lorsque l'électricité passe à travers un fil ou une bobine. La force du champ magnétique peut être utilisée pour alimenter des moteurs électriques et pour analyser les structures chimiques des matériaux en raison de la façon dont les particules y répondent.
Lorsque le courant électrique passe à travers un fil, le flux d'électrons crée un champ magnétique, créant une force pouvant agir sur d'autres matériaux. Un exemple courant de force de champ magnétique est un moteur électrique, qui utilise un rotor mobile entouré de fils bobinés, entouré d'un stator avec des bobines supplémentaires. Lorsqu'un courant électrique est appliqué aux bobines du stator, elles créent un champ magnétique, et la force de ce champ crée un couple qui déplace le rotor.
La direction de la force du champ magnétique peut être décrite en utilisant ce que l’on appelle la règle de la main droite. Une personne peut pointer son pouce, son index ou son premier doigt, et le deuxième doigt dans trois directions différentes, souvent appelées les axes x, y et z. Chaque doigt et le pouce doivent être à 90 degrés l'un de l'autre. Ainsi, si la personne pointe l'index vers le haut, le deuxième doigt est dirigé vers la gauche et le pouce directement vers la personne.
En utilisant cette disposition des doigts, chaque doigt indiquera les directions du flux électrique (l'index), le champ magnétique (le deuxième doigt) et la force du champ magnétique résultante (le pouce). Lorsque les quatre doigts de la main sont courbés vers la paume de la main, cela indique la direction du champ magnétique, le pouce indiquant toujours la direction de la force. L'utilisation de la règle de la main droite est un moyen simple pour les étudiants qui étudient les champs magnétiques de voir les effets du courant et des forces qui en résultent.
Les champs magnétiques peuvent être très utiles en laboratoire pour l'analyse de matériaux. Si un matériau doit être identifié ou décomposé en ses composants moléculaires, l'échantillon peut être ionisé, ce qui le transforme en un gaz avec des charges électriques positives ou négatives. Ce gaz ionisé traverse ensuite un champ magnétique puissant et sort dans une zone de collecte.
La masse ou le poids de chaque particule ionisée de l'échantillon à tester réagit différemment à la force du champ magnétique, et les particules sont légèrement pliées dans une direction droite. Un dispositif de collecte enregistre l'endroit où chaque particule frappe le détecteur et un logiciel informatique peut identifier la molécule à partir de la façon dont elle interagit avec le champ. Un type d'appareil utilisant cette technologie s'appelle un spectromètre de masse et est largement utilisé pour aider à identifier des substances inconnues.
Un accélérateur de particules est une autre utilisation des champs magnétiques pour provoquer des modifications dans les matériaux ionisés. À la fin du XXe siècle, le plus grand accélérateur de particules construit à cette époque était situé à la frontière entre la Suisse et la France, avec 27 km (27 km) d’accélérateur sous terre dans une grande boucle. L'équipement a tiré parti de la force du champ magnétique pour accélérer rapidement les particules chargées dans la boucle, où des champs supplémentaires continuaient d'accélérer ou d'accélérer les particules chargées.
Lorsque les particules à grande vitesse ont entouré le grand collecteur, elles ont été gérées par d'autres contrôles de champ magnétique et envoyées en collision avec d'autres matériaux. Cet équipement a été conçu pour tester les collisions à haute énergie similaires à celles observées au soleil ou dans d’autres étoiles, ainsi que lors de réactions nucléaires. L'emplacement souterrain a été utilisé pour empêcher les particules de l'espace d'interférer avec les résultats du test, car les couches de roche au-dessus de l'accélérateur ont absorbé de l'énergie à haute vitesse et des ions.