magneettikentissä

Magneettikenttä on alue, jossa magneettiset voimat vaikuttavat sekä liikkuviin varauksiin että magneettisiin dipoleihin. Magneettikentän voimakkuutta merkitään B:llä ja sen yksikkö on tesla (T). Kenttä syntyy pysyvistä magneeteista, sähkövirroista sekä elektronien spinin magnetisoinnista. Maxwellin yhtälöiden mukaan B-kenttä täyttää ∇·B = 0 ja ∇×B = μ0(J + ε0 ∂E/∂t).

Kun varauksellinen hiukkanen liikkuu magneettikentässä, siihen vaikuttaa Lorentzin voima F = q(v × B). Tämä voima muuttaa hiukkasen suunnan siten, että se ei tee työtä magneettikentässä (olettaen, ettei sähkö- tai vaihtuva sähkö kenttä vaikuta). Jos nopeus on kohtisuorassa B:hen, hiukkanen liikkuu kiertoradalla radiuksessa r = mv⊥/(|q|B). Magneettinen kenttä voi vaikuttaa myös hiukkasen spinin ja energiatiloihin, erityisesti jos mukana on useita kenttäkomponentteja.

Magneettiset dipolit, kuten elektronin spini tai aineen magnetoitunut dipoli, kokevat τ = μ × B ja energian U = - μ·B. Dipolimagnitetsien suunta määräytyy kentän sekä lämpötilan mukaan, ja ne voivat aiheuttaa magnetoitumista.

Materiaalien magneettinen vaste määritellään magnetisaation M avulla: B = μ0(H + M). Susceptibility χ kuvaa M:n muutosta suhteessa H:iin. Ferromagneettiset aineet voivat osoittaa spontaania magnetoitumista ja säilyttää magnetoituneen tilan ilman ulkoista kenttää, kun taas paramagneettiset ja diamagneettiset aineet reagoivat kenttään paljon heikommin.

Sovelluksia ovat magneettikuvaus (MRI), magneettiset tallennusmenetelmät, sähkö- ja hiukkasfysiikan tutkimus sekä magnettiset suojaukset ja kenttien ohjaaminen. Maapallon magneettikenttä tarjoaa luonnollisen esimerkin vakaasta pallonmuotoisesta kentästä, jonka voimakkuus on noin 25–65 mikrotesla ja joka vaihtelee ajoittain.