O que é uma força de campo magnético?
A força do campo magnético é o efeito que um campo magnético exerce ou age sobre uma partícula carregada, como uma molécula, ao passar por esse campo. Essas forças existem sempre que há uma molécula eletricamente carregada perto de um ímã ou quando a eletricidade passa através de um fio ou bobina. A força do campo magnético pode ser usada para alimentar motores elétricos e para analisar estruturas químicas dos materiais devido à maneira como as partículas respondem a ele.
Quando a corrente elétrica é passada através de um fio, o fluxo de elétrons cria um campo magnético, criando uma força que pode atuar em outros materiais. Um exemplo comum de força de campo magnético é um motor elétrico, que usa um rotor em movimento com fios enrolados em torno dele, cercado por um estator com bobinas adicionais. Quando uma corrente elétrica é aplicada às bobinas do estator, elas criam um campo magnético e a força desse campo cria um torque que move o rotor.
A direção da força do campo magnético pode ser descrita usando o que é chamado de regra da mão direita. Uma pessoa pode apontar o polegar, o indicador ou o primeiro dedo e o segundo dedo em três direções diferentes, geralmente chamadas de eixos x, y e z. Cada dedo e o polegar devem estar a 90 graus um do outro, portanto, se a pessoa apontar o dedo indicador para cima, o segundo dedo apontará para a esquerda e o polegar apontará diretamente para a pessoa.
Usando esse arranjo dos dedos, cada dedo mostrará as direções do fluxo elétrico (o dedo indicador), o campo magnético (o segundo dedo) e a força resultante do campo magnético (o polegar). Quando os quatro dedos da mão estão curvados em direção à palma da mão, isso mostra a direção do campo magnético com o polegar ainda indicando a direção da força. Usar a regra da mão direita é uma maneira fácil para os alunos aprenderem sobre os campos magnéticos para ver os efeitos da corrente e das forças resultantes.
Os campos magnéticos podem ser muito úteis em laboratório para análise de materiais. Se um material precisar ser identificado ou decomposto em seus componentes moleculares, a amostra poderá ser ionizada, o que transforma o material em um gás com cargas elétricas positivas ou negativas. Esse gás ionizado é então passado através de um forte campo magnético e sai para uma área de coleta.
A massa ou o peso de cada partícula ionizada da amostra de teste responde de maneira diferente à força do campo magnético, e as partículas são levemente dobradas em uma direção reta. Um dispositivo de coleta registra onde cada partícula atinge o detector, e um software de computador pode identificar a molécula de como ela interage com o campo. Um tipo de dispositivo que usa essa tecnologia é chamado espectrômetro de massa e é amplamente utilizado para ajudar a identificar substâncias desconhecidas.
Outro uso de campos magnéticos para causar mudanças em materiais ionizados é um acelerador de partículas. No final do século 20, o maior acelerador de partículas construído na época estava localizado na fronteira da Suíça e da França, com 27 quilômetros de acelerador no subsolo, em um grande circuito. O equipamento aproveitou a força do campo magnético para acelerar rapidamente as partículas carregadas no loop, onde campos adicionais continuaram a acelerar ou acelerar as partículas carregadas.
À medida que as partículas de alta velocidade circulavam o grande coletor, elas eram gerenciadas por outros controles do campo magnético e enviadas para colisões com outros materiais. Este equipamento foi construído para testar colisões de alta energia semelhantes às vistas no sol ou em outras estrelas e durante reações nucleares. O local subterrâneo foi usado para impedir que partículas do espaço interferissem nos resultados do teste, porque as camadas de rocha acima do acelerador absorviam energia e íons de alta velocidade.