La force du champ magnétique est l’effet qu’un champ magnétique exerce ou agit sur une particule chargée, telle qu’une molécule, lorsqu’elle traverse ce champ. Ces forces existent chaque fois qu’il y a une molécule chargée électriquement près d’un aimant, ou lorsque l’électricité passe à travers un fil ou une bobine. La force du champ magnétique peut être utilisée pour alimenter des moteurs électriques et pour analyser les structures chimiques des matériaux en raison de la façon dont les particules y réagissent.
Lorsque le courant électrique traverse un fil, le flux d’électrons crée un champ magnétique, créant une force qui peut agir sur d’autres matériaux. Un exemple courant de force de champ magnétique est un moteur électrique, qui utilise un rotor mobile avec des fils enroulés autour de lui, entouré d’un stator avec des bobines supplémentaires. Lorsqu’un courant électrique est appliqué aux bobines du stator, elles créent un champ magnétique et la force de ce champ crée un couple qui déplace le rotor.
La direction de la force du champ magnétique peut être décrite en utilisant ce qu’on appelle la règle de la main droite. Une personne peut pointer son pouce, son index ou son index et son index dans trois directions différentes, souvent appelées axes x, y et z. Chaque doigt et le pouce doivent être à 90 degrés l’un de l’autre, donc si la personne pointe l’index vers le haut, le deuxième doigt pointe vers la gauche et le pouce pointe directement vers la personne.
En utilisant cette disposition des doigts, chaque doigt montrera les directions du flux électrique (l’index), le champ magnétique (le deuxième doigt) et la force du champ magnétique résultante (le pouce). Lorsque les quatre doigts de la main sont recourbés vers la paume, cela montre la direction du champ magnétique avec le pouce indiquant toujours la direction de la force. L’utilisation de la règle de la main droite est un moyen facile pour les élèves qui apprennent les champs magnétiques de voir les effets du courant et des forces qui en résultent.
Les champs magnétiques peuvent être très utiles en laboratoire pour l’analyse des matériaux. Si un matériau doit être identifié ou décomposé en ses composants moléculaires, l’échantillon peut être ionisé, ce qui transforme le matériau en un gaz avec des charges électriques positives ou négatives. Ce gaz ionisé traverse ensuite un champ magnétique puissant et sort dans une zone de collecte.
La masse ou le poids de chaque particule ionisée de l’échantillon d’essai répond différemment à la force du champ magnétique, et les particules sont légèrement courbées à partir d’une direction rectiligne. Un dispositif de collecte enregistre l’endroit où chaque particule frappe le détecteur, et un logiciel informatique peut identifier la molécule à partir de la façon dont elle interagit avec le champ. Un type d’appareil utilisant cette technologie est appelé spectromètre de masse et est largement utilisé pour aider à identifier des substances inconnues.
Une autre utilisation des champs magnétiques pour provoquer des changements dans les matériaux ionisés est un accélérateur de particules. À la fin du 20e siècle, le plus grand accélérateur de particules construit à cette époque était situé à la frontière de la Suisse et de la France, avec 17 kilomètres d’accélérateur sous terre dans une grande boucle. L’équipement a profité de la force du champ magnétique pour accélérer rapidement les particules chargées dans la boucle, où des champs supplémentaires ont continué à accélérer ou à accélérer les particules chargées.
Alors que les particules à grande vitesse encerclaient le grand collecteur, elles étaient gérées par d’autres contrôles de champ magnétique et envoyées en collision avec d’autres matériaux. Cet équipement a été construit pour tester des collisions à haute énergie similaires à celles observées dans le soleil ou d’autres étoiles, et lors de réactions nucléaires. L’emplacement souterrain a été utilisé pour empêcher les particules de l’espace d’interférer avec les résultats des tests, car les couches de roche au-dessus de l’accélérateur ont absorbé de l’énergie et des ions à grande vitesse.