Magneettikenttä
Magneettikenttä vaikuttaa liikkuviin varauksiin ja magneettisiin dipoleihin. Lorentzin voiman magneettinen osa on F=qv×B, joten voima on kohtisuorassa sekä nopeuteen että kenttään nähden eikä yksin muuta pistevarauksen liike-energiaa.
Voiman suunta
Suuruus on |q|vB sinθ. Kun nopeus on kentän suuntainen, magneettinen voima on nolla; kohtisuorassa se on suurin. Oikean käden sääntö antaa suunnan positiiviselle varaukselle, elektronille suunta on päinvastainen.
Ympyrärata
Jos v⊥B homogeenisessa kentässä eikä muita voimia ole, magneettinen voima toimii keskeiskiihtyvyyden aiheuttajana. Yhtälö |q|vB=mv²/r antaa r=mv/(|q|B). Tämä on keskeinen periaate massaspektrometreissä ja hiukkasilmaisimissa.
Virran kenttä
Sähkövirta synnyttää magneettikentän. Pitkän suoran johtimen ympärillä B≈μ₀I/(2πr), ja kenttäviivat kiertävät johtimen ympäri. Suunta seuraa oikean käden sääntöä tavanomaiselle virralle.
Solenoidi
Pitkän solenoidin sisällä kenttä on keskialueella likimain homogeeninen ja kasvaa virran sekä kierrostiheyden mukana. Päissä kenttä leviää, joten ihanteellinen kaava ei kuvaa koko avaruutta täydellisesti.
Voima johtimeen
Virralliseen johdinelementtiin kohdistuu ulkoisessa kentässä dF=I dℓ×B. Sähkömoottoreissa nämä voimat tuottavat vääntömomentin. Makroskooppinen voima perustuu varauksenkuljettajien Lorentz-voimaan ja sen välittymiseen materiaalin hilaan.
Magneettivuo
Vuo Φ_B=∫B·dA riippuu kentän voimakkuudesta, pinta-alasta ja suunnasta. Vuon muuttuminen piirin läpi voi synnyttää sähkömotorisen voiman. Tämä tekee vuosta luonnollisen sillan magneettikentän ja induktion välille.
Energia
Magneettinen voima yksittäiseen pistevaraukseen on kohtisuorassa hetkelliseen nopeuteen, joten se ei tee suoraan työtä varaukselle. Moottoreissa ja generaattoreissa energia voi silti siirtyä mekaanisen järjestelmän, sähköisten lähteiden ja kenttien välillä; kokonaiskuvassa sähkökentät ovat mukana.
Magneettinen dipolimomentti
Pieni virtasilmukka voidaan kuvata magneettisella dipolimomentilla μ. Homogeeninen B-kenttä voi aiheuttaa momentin τ=μ×B, joka kääntää silmukkaa, ja epähomogeeninen kenttä voi lisäksi aiheuttaa nettovoiman. Sama käsite yhdistää käämit atomien magneettisiin momentteihin ja materiaalien magnetismiin.
Heliksirata
Jos varatun hiukkasen nopeudella on sekä B:n suuntainen että sitä vastaan kohtisuora komponentti, rinnakkainen komponentti säilyy ja kohtisuora osa tuottaa ympyräliikkeen. Yhdessä liike on heliksi kenttäviivan ympärillä. Sama geometria auttaa ymmärtämään hiukkasten liikettä plasmoissa, avaruuden magneettikentissä ja magneettisissa ansalaitteissa.
Harjoitus
Protoni liikkuu täsmälleen magneettikentän suuntaisesti. Mikä on magneettisen voiman suuruus?
Ratkaisu
F=|q|vB sin0°=0. Pelkkä magneettikenttä ei tällöin taivuta protonin rataa.