Che cos'è una forza di campo magnetico?
La forza del campo magnetico è l'effetto che un campo magnetico esercita o agisce su una particella carica, come una molecola, quando passa attraverso quel campo. Queste forze esistono ogni volta che c'è una molecola caricata elettricamente vicino a un magnete o quando l'elettricità passa attraverso un filo o una bobina. La forza del campo magnetico può essere utilizzata per alimentare motori elettrici e per analizzare strutture chimiche dei materiali a causa del modo in cui le particelle rispondono ad esso.
Quando la corrente elettrica passa attraverso un filo, il flusso di elettroni crea un campo magnetico, creando una forza che può agire su altri materiali. Un esempio comune di forza del campo magnetico è un motore elettrico, che utilizza un rotore mobile con fili arrotolati attorno ad esso, circondato da uno statore con bobine aggiuntive. Quando una corrente elettrica viene applicata alle bobine dello statore, creano un campo magnetico e la forza di quel campo crea la coppia che muove il rotore.
La direzione della forza del campo magnetico può essere descritta usando quella che viene chiamata la regola della mano destra. Una persona può puntare il pollice, l'indice o il primo dito e il secondo dito in tre direzioni diverse, spesso chiamate asse X, Y e Z. Ogni dito e pollice devono trovarsi a 90 gradi l'uno rispetto all'altro, quindi se la persona punta il dito indice verso l'alto, il secondo dito punta a sinistra e il pollice punta direttamente sulla persona.
Usando questa disposizione delle dita, ciascun dito mostrerà le direzioni del flusso elettrico (il dito indice), il campo magnetico (il secondo dito) e la forza del campo magnetico risultante (il pollice). Quando le quattro dita della mano sono arricciate verso il palmo, questo mostra la direzione del campo magnetico con il pollice che indica ancora la direzione della forza. L'uso della regola della mano destra è un modo semplice per gli studenti che apprendono i campi magnetici per vedere gli effetti della corrente e delle forze che ne risultano.
I campi magnetici possono essere molto utili in laboratorio per l'analisi dei materiali. Se un materiale deve essere identificato o suddiviso nei suoi componenti molecolari, il campione può essere ionizzato, il che trasforma il materiale in un gas con cariche elettriche positive o negative. Questo gas ionizzato viene quindi fatto passare attraverso un forte campo magnetico ed esce in un'area di raccolta.
La massa o il peso di ciascuna particella ionizzata del campione in esame risponde in modo diverso alla forza del campo magnetico e le particelle sono leggermente piegate da una direzione diritta. Un dispositivo di raccolta registra dove ogni particella colpisce il rivelatore e il software per computer può identificare la molecola da come interagisce con il campo. Un tipo di dispositivo che utilizza questa tecnologia è chiamato spettrometro di massa ed è ampiamente utilizzato per aiutare a identificare sostanze sconosciute.
Un altro uso dei campi magnetici per causare cambiamenti nei materiali ionizzati è un acceleratore di particelle. Alla fine del XX secolo, il più grande acceleratore di particelle costruito a quel tempo si trovava al confine tra Svizzera e Francia, con 27 miglia (27 chilometri) di acceleratore nel sottosuolo in un grande circuito. L'apparecchiatura ha sfruttato la forza del campo magnetico per accelerare rapidamente le particelle cariche nel circuito, dove ulteriori campi hanno continuato ad accelerare o accelerare le particelle cariche.
Mentre le particelle ad alta velocità circondavano il grande collettore, venivano gestite da altri controlli del campo magnetico e inviate a collisioni con altri materiali. Questa apparecchiatura è stata costruita per testare collisioni ad alta energia simili a quelle osservate dal sole o da altre stelle e durante le reazioni nucleari. La posizione sotterranea è stata utilizzata per impedire alle particelle di spazio di interferire con i risultati del test, perché gli strati di roccia sopra l'acceleratore assorbivano energia ad alta velocità e ioni.