Laetud osakese liikumine: massispektromeetria ja tsüklotronid

Magnetjõud on alati liikuva laengu kiirusega risti, mis tähendab, et see ei tee osakesele kunagi tööd — see saab liikumise suunda muuta, kuid ei saa osakest kunagi kiirendada ega aeglustada. Kui laetud osake siseneb ühtlasesse väljasse selle suhtes täisnurga all, tekitab see konstantse suurusega, alati kõrvale suunatud jõud täpselt selle, mida konstantse kiirusega, alati kõrvale suunatud jõud alati tekitab: ühtlase ringliikumise, raadiusega r = mv/(qB).

Sellest ühest seosest sõltub kaks väga erinevat tehnoloogiat. Massispektromeeter ioniseerib proovi, kiirendab kõik ioonid läbi ühe ja sama pinge, nii et need sisenevad väljale seotud kiirustega, ja mõõdab siis lihtsalt, kuhu igaüks jõuab — kuna raadius kasvab massiga (sama laengu, kiiruse ja välja korral), kõverduvad raskemad ioonid laiemale ja kergemad kitsamale ringile, sorteerides proovi massi järgi ilma midagi otse kaalumata. Tsüklotron kasutab loogikat vastupidises suunas: see tahab, et osake saaks energiat, ning laseb osakesel iga poolpöörde järel läbida vahet kahe D-kujulise elektroodi vahel, kiirenedes iga korra. Kiiruse kasvades peab kasvama ka raadius (mass, laeng ja väli jäävad samaks), mistõttu osake liigub üha laienevas spiraalis, mitte fikseeritud raadiusega ringil.

Kaks muutujat, mida tasub eristada, on laeng ja mass, sest need mõjutavad raadiust vastupidises suunas. Suurem mass (sama kiiruse, laengu ja välja korral) tähendab osakest, mida on raskem pöörata, mistõttu vajab see kõverdumiseks laiemat ringi — raadius kasvab massiga. Suurem laeng tähendab, et magnetjõud haarab osakesest tugevamalt, mistõttu kõverdub see kitsamale ringile — raadius kahaneb laenguga. Mõlemat intuitsiooni saab otse valemi järgi kontrollida: m on lugejas, q nimetajas.