Lorentzkraft, den kraft som verkar på laddade partiklar som rör sig i ett magnetfält (figur 1), spelar en avgörande roll i olika tillämpningar som sträcker sig från elektroniska apparater och motorer, sensorer, bildbehandling till biomedicinska tillämpningar. Det har visats att magnetfältet kan avbilda ström och konduktivitet, vilket har många biologiska och medicinska tillämpningar, t.ex. kartläggning av elektrisk aktivitet i hjärnan och hjärtat och för att upptäcka onormal vävnad, t.ex. tumörer, genom förändringar i de elektriska egenskaperna. Lorentzkraften spelar en allt större roll i nya avbildningstekniker, t.ex. magnetoakustisk avbildning av strömmar, avbildning av Hall-effekten, ultraljudsinducerad Lorentzkraftsavbildning av konduktivitet, magnetoakustisk tomografi med magnetisk induktion och Lorentzkraftsavbildning av aktionsströmmar med hjälp av magnetresonansavbildning. Vår grupp använder Lorentzkraftens effekt för att studera flamman, elektrokemiska reaktioner, mjuka material och Schileren-tekniken. Magnetfältets effekt på jonströmmar är ett tvärvetenskapligt koncept från elektrokemi, hydrodynamik och magnetism. Resultaten är ibland överraskande, och deras förklaring kan leda till oväntade insikter i grundläggande elektrokemiska processer och till nya praktiska tillämpningar. Vi arbetar för närvarande med Lorentzkraftens inverkan på elektrokemiska svängningsreaktioner. Vi har visat att Lorentzkraft kan förbättra masstransporten i elektrokemiska reaktioner. Denna effekt kallas magnetohydrodynamisk (MHD) effekt och orsakas av magnetiska krafter som inducerar konvektiva rörelser i elektrolyten.
 |
Figur 1: Schematisk bild av en laddad partikels rörelse i ett magnetfält. |
Den magnetiska kraften inducerar i själva verket en konvektiv rörelse i elektrolyten på grund av Lorentzkraften som ges av:
F= q(E + v × B)
där E är det elektriska fältet, B är det magnetiska fältet och v är den laddade partikelns hastighet (q). När en jon (laddad partikel) kommer in i magnetfältet upplever den en kraft som är vinkelrät mot riktningen för föremålets hastighet och magnetfältet. Denna kraft orsakar en centripetalacceleration och följaktligen en cirkelrörelse för partikeln i mediet enligt de ekvationer som beskrivs nedan. I avsaknad av ett elektriskt fält:
Dessa ekvationer avslöjar att en laddad partikel med hastigheten v vinkelrätt mot magnetfältet rör sig i en cirkulär bana. Radien för denna cirkelrörelse beror omvänt på magnetfältets styrka. Det innebär att i områden med hög magnetfältsstyrka har vi en rotationsrörelse med mindre radie medan i områden med högre magnetfältsstyrka är radien för cirkelrörelsen större. Faktum är att komponenten av hastigheten parallellt med magnetfältslinjerna inte påverkas, eftersom den magnetiska kraften är noll för rörelse parallellt med fältet. Detta ger en spiralformad rörelse (dvs. spiralrörelse) snarare än en cirkelrörelse (figur 2). Lorentzkraften förbättrar därför massöverföringen i elektrokemiska celler på grund av den roterande och spiralformade rörelsen.
 |
Figur 2: Schematisk bild av en spiralrörelse hos en laddad partikel i stället för en cirkelrörelse. |