Lorentz-kraften, som er den kraft, der virker på ladede partikler i bevægelse i et magnetfelt (figur 1), spiller en afgørende rolle i forskellige anvendelser lige fra elektroniske apparater og motorer, sensorer, billeddannelse til biomedicinske anvendelser. Det er blevet vist, at magnetfeltet er i stand til at afbilde strøm og ledningsevne, hvilket har mange biologiske og medicinske anvendelser, f.eks. til kortlægning af elektrisk aktivitet i hjernen og hjertet og til påvisning af unormalt væv som f.eks. tumorer ved hjælp af ændringer i de elektriske egenskaber. Lorentz-kraften spiller en stadig større rolle i nye billeddannelsesteknikker som f.eks. magneto-akustisk billeddannelse af strøm, Hall-effekt-billeddannelse, ultralydsinduceret Lorentz-kraft-billeddannelse af ledningsevne, magneto-akustisk tomografi med magnetisk induktion og Lorentz-kraft-billeddannelse af aktionsstrømme ved hjælp af magnetisk resonansbilleddannelse. Vores gruppe bruger Lorentzkraft-effekten til at studere flammer, elektrokemiske reaktioner, bløde materialer samt Schileren-teknik. Virkningen af magnetfeltet på ionstrømme er et tværfagligt koncept fra elektrokemi, hydrodynamik og magnetisme. Resultaterne er undertiden overraskende, og deres opklaring kan føre til uventet indsigt i grundlæggende elektrokemiske processer samt nye praktiske anvendelser. Vi arbejder i øjeblikket på virkningen af Lorentz-kraft på de elektrokemiske svingningsreaktioner. Vi har vist, at Lorentz-kraft kan forbedre massetransporten i elektrokemiske reaktioner. Denne effekt kaldes den magnetohydrodynamiske (MHD) effekt og skyldes magnetiske kræfter, som fremkalder konvektive bevægelser i elektrolytten.
 |
Figur 1: Skematisk fremstilling af en ladet partikels bevægelse i et magnetfelt. |
Den magnetiske kraft inducerer faktisk en konvektiv bevægelse i elektrolytten på grund af Lorentz-kraften, som er givet ved:
F= q(E + v × B)
hvor E er det elektriske felt, B er det magnetiske felt og v er den ladede partikels hastighed (q). Når en ion (ladet partikel) kommer ind i magnetfeltet, oplever den en kraft, som er vinkelret på retningen af genstandens hastighed og magnetfeltet. Denne kraft forårsager en centripetal acceleration og dermed en cirkulær bevægelse af partiklen i mediet baseret på nedenstående ligninger. I fravær af et elektrisk felt:
Disse ligninger afslører, at en ladet partikel med hastigheden v vinkelret på magnetfeltet bevæger sig i en cirkulær bane. Radius af denne cirkelbevægelse afhænger omvendt af styrken af magnetfeltet. Det betyder, at i områder med høj magnetfeltstyrke har vi en roterende bevægelse med mindre radius, mens radius af cirkelbevægelsen er større i områder med højere magnetfeltstyrke. Faktisk er hastighedskomponenten parallelt med de magnetiske feltlinjer upåvirket, da den magnetiske kraft er lig nul for bevægelse parallelt med feltet. Dette giver en spiralformet bevægelse (dvs. spiralbevægelse) snarere end en cirkelbevægelse (figur 2). Lorentz-kraften forbedrer derfor masseoverførslen i elektrokemiske celler på grund af den roterende og spiralformede bevægelse.
 |
Figur 2: Skematisk fremstilling af en spiralbevægelse af en ladet partikel i stedet for en cirkulær bevægelse. |