Что такое сила магнитного поля?

Сила магнитного поля - это эффект, который магнитное поле оказывает или воздействует на заряженную частицу, такую ​​как молекула, при прохождении через это поле. Эти силы существуют всякий раз, когда рядом с магнитом находится электрически заряженная молекула, или когда электричество проходит через провод или катушку. Сила магнитного поля может быть использована для питания электродвигателей и для анализа химической структуры материалов из-за того, как на это реагируют частицы.

Когда электрический ток проходит через провод, поток электронов создает магнитное поле, создавая силу, которая может действовать на другие материалы. Типичным примером силы магнитного поля является электродвигатель, в котором используется движущийся ротор с обмотанными вокруг него проводами, окруженный статором с дополнительными катушками. Когда электрический ток подается на катушки статора, они создают магнитное поле, а сила этого поля создает крутящий момент, который перемещает ротор.

Направление силы магнитного поля можно описать с помощью так называемого правила правой руки. Человек может указывать своим большим, указательным или первым пальцем и вторым пальцем в трех разных направлениях, часто называемых осями x, y и z. Каждый палец и большой палец должны находиться под углом 90 градусов друг к другу, поэтому, если человек указывает указательным пальцем вверх, второй палец указывает влево, а большой палец указывает прямо на человека.

Используя это расположение пальцев, каждый палец будет показывать направления электрического потока (указательный палец), магнитного поля (второй палец) и результирующей силы магнитного поля (большой палец). Когда четыре пальца руки свернуты к ладони, это показывает направление магнитного поля, когда большой палец все еще указывает направление силы. Использование правила правой руки - это простой способ для учащихся узнать о магнитных полях, чтобы увидеть влияние тока и возникающих сил.

Магнитные поля могут быть очень полезны в лаборатории для анализа материалов. Если материал должен быть идентифицирован или разбит на его молекулярные компоненты, образец может быть ионизирован, что превращает материал в газ с положительными или отрицательными электрическими зарядами. Этот ионизированный газ затем проходит через сильное магнитное поле и выходит в зону сбора.

Масса или масса каждой ионизированной частицы испытуемого образца по-разному реагирует на силу магнитного поля, и частицы слегка изгибаются в прямом направлении. Устройство сбора регистрирует, где каждая частица попадает в детектор, и компьютерное программное обеспечение может идентифицировать молекулу по тому, как она взаимодействует с полем. Один тип устройства, использующий эту технологию, называется масс-спектрометром и широко используется для идентификации неизвестных веществ.

Другое использование магнитных полей, чтобы вызвать изменения в ионизированных материалах - ускоритель частиц. В конце 20-го века самый большой ускоритель частиц, построенный в то время, был расположен на границе Швейцарии и Франции, с 17 милями (27 километрами) ускорителя глубоко под землей в большой петле. Оборудование использовало силу магнитного поля для быстрого ускорения заряженных частиц в петле, где дополнительные поля продолжали ускоряться или ускорять заряженные частицы.

Когда высокоскоростные частицы кружили вокруг большого коллектора, они управлялись другими элементами управления магнитным полем и отправлялись на столкновения с другими материалами. Это оборудование было построено для испытания столкновений при высоких энергиях, подобных тем, которые наблюдаются на солнце или других звездах, а также во время ядерных реакций. Местоположение под землей использовалось, чтобы препятствовать тому, чтобы частицы из космоса вмешивались в результаты испытаний, потому что слои скалы выше ускорителя поглощали высокую скорость энергии и ионов.