Co to jest siła pola magnetycznego?

Siła pola magnetycznego to efekt, który pole magnetyczne wywiera lub działa na naładowaną cząsteczkę, taką jak cząsteczka, podczas przechodzenia przez to pole. Siły te istnieją za każdym razem, gdy w pobliżu magnesu znajduje się naładowana elektrycznie cząsteczka lub gdy prąd przepływa przez drut lub cewkę. Siła pola magnetycznego może być wykorzystana do zasilania silników elektrycznych oraz do analizy struktur chemicznych materiałów ze względu na sposób, w jaki reagują na nie cząstki.

Gdy prąd elektryczny przepływa przez drut, przepływ elektronów wytwarza pole magnetyczne, tworząc siłę, która może oddziaływać na inne materiały. Typowym przykładem siły pola magnetycznego jest silnik elektryczny, który wykorzystuje ruchomy wirnik z drutami owiniętymi wokół niego, otoczony stojanem z dodatkowymi cewkami. Gdy do cewek stojana zostanie przyłożony prąd elektryczny, wytwarzają one pole magnetyczne, a siła tego pola wytwarza moment obrotowy, który porusza wirnik.

Kierunek siły pola magnetycznego można opisać za pomocą tak zwanej reguły prawej ręki. Osoba może skierować kciuk, palec wskazujący lub pierwszy palec, a drugi palec w trzech różnych kierunkach, często nazywanych osią X, Y i Z. Każdy palec i kciuk powinny być pod kątem 90 stopni względem siebie, więc jeśli osoba wskazuje palec wskazujący w górę, drugi palec wskazuje w lewo, a kciuk wskazuje bezpośrednio na osobę.

Korzystając z tego układu palców, każdy palec pokaże kierunki przepływu elektrycznego (palec wskazujący), pola magnetycznego (drugi palec) i wynikowej siły pola magnetycznego (kciuk). Gdy cztery palce dłoni są zwinięte w kierunku dłoni, pokazuje to kierunek pola magnetycznego, a kciuk nadal wskazuje kierunek siły. Korzystanie z reguły prawej ręki jest łatwym sposobem dla uczniów uczących się o polach magnetycznych, aby zobaczyć skutki prądu i powstających sił.

Pola magnetyczne mogą być bardzo przydatne w laboratorium do analizy materiałów. Jeśli materiał musi zostać zidentyfikowany lub rozbity na składniki molekularne, próbka może zostać zjonizowana, co zmienia materiał w gaz z dodatnimi lub ujemnymi ładunkami elektrycznymi. Ten zjonizowany gaz jest następnie przepuszczany przez silne pole magnetyczne i wydostaje się do obszaru odbioru.

Masa lub ciężar każdej zjonizowanej cząstki badanej próbki reaguje inaczej na siłę pola magnetycznego, a cząstki są lekko zgięte z prostego kierunku. Urządzenie zbierające rejestruje, gdzie każda cząsteczka uderza w detektor, a oprogramowanie komputerowe może zidentyfikować cząsteczkę na podstawie jej interakcji z polem. Jeden typ urządzenia wykorzystującego tę technologię nazywa się spektrometrem masowym i jest szeroko stosowany do pomocy w identyfikacji nieznanych substancji.

Innym zastosowaniem pól magnetycznych do wywoływania zmian w materiałach zjonizowanych jest akcelerator cząstek. Pod koniec XX wieku największy zbudowany w tamtym czasie akcelerator cząstek znajdował się na granicy Szwajcarii i Francji, z 27 kilometrowym akceleratorem głęboko pod ziemią w dużej pętli. Sprzęt wykorzystał siłę pola magnetycznego do szybkiego przyspieszenia naładowanych cząstek do pętli, gdzie dodatkowe pola nadal przyspieszały lub przyspieszały naładowane cząstki.

Gdy cząstki o dużej prędkości krążyły wokół dużego kolektora, były zarządzane przez inne elementy sterujące polem magnetycznym i wysyłane do zderzeń z innymi materiałami. Sprzęt ten został zbudowany do testowania zderzeń wysokoenergetycznych podobnych do tych obserwowanych na słońcu lub innych gwiazdach oraz podczas reakcji jądrowych. Lokalizację pod ziemią zastosowano, aby cząstki z przestrzeni nie zakłócały wyników testu, ponieważ warstwy skały nad akceleratorem pochłaniały energię i jony o dużej prędkości.