Vad är en magnetisk fältstyrka?
Magnetfältkraft är effekten som ett magnetfält utövar eller verkar på en laddad partikel, till exempel en molekyl, när den passerar genom det fältet. Dessa krafter finns när som helst när det finns en elektriskt laddad molekyl nära en magnet, eller när elektricitet passerar genom en tråd eller spole. Magnetfältkraft kan användas för att driva elmotorer och för att analysera kemiska strukturer i material på grund av hur partiklar reagerar på den.
När elektrisk ström passeras genom en tråd skapar flödet av elektroner ett magnetfält, vilket skapar en kraft som kan verka på andra material. Ett vanligt exempel på magnetfältkraft är en elektrisk motor, som använder en rörlig rotor med trådar lindade runt den, omgiven av en stator med ytterligare spolar. När en elektrisk ström appliceras på statorspolarna skapar de ett magnetfält och kraften i det fältet skapar vridmoment som rör sig rotorn.
Riktningen för magnetfältkraften kan beskrivas med hjälp av det som kallas högerregeln. En person kan peka tummen, pekfingret eller första fingret och andra fingret i tre olika riktningar, ofta kallad x-, y- och z-axeln. Varje finger och tummen ska vara 90 grader mot varandra, så om personen pekar pekfingret upp pekar det andra fingret åt vänster och tummen pekar direkt mot personen.
Med hjälp av detta arrangemang av fingrarna kommer varje finger att visa riktningarna för det elektriska flödet (pekfingret), magnetfältet (det andra fingret) och den resulterande magnetfältkraften (tummen). När de fyra fingrarna på handen är böjda mot handflatan, visar detta magnetfältets riktning med tummen som fortfarande indikerar kraftens riktning. Att använda högerregeln är ett enkelt sätt för elever att lära sig om magnetfält att se effekterna av ström och krafter som resulterar.
Magnetfält kan vara mycket användbara i laboratoriet för analys av material. Om ett material måste identifieras eller brytas ned i dess molekylära komponenter, kan provet joniseras, vilket ändrar materialet till en gas med positiva eller negativa elektriska laddningar. Denna joniserade gas passeras sedan genom ett starkt magnetfält och kommer ut i ett uppsamlingsområde.
Massan eller vikten för varje joniserad partikel i testprovet svarar annorlunda på magnetfältkraften och partiklarna böjs något från en rak riktning. En insamlingsenhet registrerar var varje partikel slår på detektorn och datorprogramvara kan identifiera molekylen från hur den interagerar med fältet. En typ av anordning som använder denna teknik kallas en masspektrometer och används ofta för att hjälpa till att identifiera okända ämnen.
En annan användning av magnetfält för att orsaka förändringar i joniserade material är en partikelaccelerator. I slutet av 1900-talet låg den största partikelacceleratorn som byggdes vid den tiden vid gränsen mellan Schweiz och Frankrike, med 17 mil (27 kilometer) accelerator djupt under jord i en stor slinga. Utrustningen utnyttjade magnetfältkraften för att snabbt accelerera laddade partiklar i slingan, där ytterligare fält fortsatte att påskynda eller accelerera de laddade partiklarna.
När höghastighetspartiklarna cirklade runt den stora samlaren, hanterades de av andra magnetfältkontroller och skickades till kollisioner med andra material. Denna utrustning byggdes för att testa kollisioner med hög energi liknande de som sågs i solen eller andra stjärnor och under kärnreaktioner. Platsen under jorden användes för att förhindra att partiklar från rymden stör testresultaten, eftersom bergskikten ovanför acceleratorn absorberade höghastighetsenergi och joner.