Номер 3, страница 171 - гдз по физике 10 класс учебник Казахбаева, Кронгарт

3. Как ведет себя рамка, по которой течет ток в магнитном поле?

3. Как ведет себя рамка, по которой течет ток в магнитном поле?

Когда рамка, по которой течет электрический ток, помещается в магнитное поле, на ее стороны начинают действовать силы Ампера. Направление этих сил можно определить по правилу левой руки.

Рассмотрим простейший случай: прямоугольная рамка с током $I$ в однородном магнитном поле с индукцией $B$. На те стороны рамки, которые параллельны вектору магнитной индукции, сила Ампера не действует или направлена вдоль проводника, не вызывая вращения. На две другие стороны, перпендикулярные полю, действуют силы $F_1$ и $F_2$. Эти силы равны по модулю ($F = IBl$, где $l$ — длина стороны), но направлены в противоположные стороны.

Эта пара сил создает вращающий момент $M$, который заставляет рамку поворачиваться вокруг своей оси. Вращение будет продолжаться до тех пор, пока плоскость рамки не займет положение, перпендикулярное линиям магнитной индукции. В этом положении (положении устойчивого равновесия) вращающий момент становится равным нулю, так как силы действуют вдоль одной прямой, растягивая рамку.

Величина вращающего момента зависит от ориентации рамки в поле и вычисляется по формуле:

$M = p_m B \sin\alpha$

Здесь $p_m = IS$ — это магнитный момент рамки (где $I$ — сила тока, а $S$ — площадь, охватываемая рамкой), $B$ — модуль вектора магнитной индукции, а $\alpha$ — угол между вектором магнитной индукции и нормалью (перпендикуляром) к плоскости рамки.

Таким образом, рамка с током в магнитном поле ведет себя как магнитный диполь (подобно стрелке компаса) и стремится сориентироваться так, чтобы ее собственный магнитный поток через контур был максимальным.

Ответ: Рамка с током в магнитном поле испытывает действие вращающего момента, который поворачивает её до тех пор, пока плоскость рамки не установится перпендикулярно линиям магнитной индукции. Это явление лежит в основе работы электродвигателей.