Номер 7, страница 16 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

7. Что удерживает рамку от вращения в магнитном поле?

Рамку с током, помещенную в магнитное поле, от вращения удерживает либо достижение ею положения равновесия, либо уравновешивающий внешний момент сил (например, момент сил упругости). Рассмотрим эти случаи подробнее.

На проводники рамки, по которым течет электрический ток, со стороны магнитного поля действуют силы Ампера. На двух противоположных сторонах рамки (параллельных оси вращения) эти силы направлены в противоположные стороны. Эта пара сил создает вращающий момент $M$, который стремится повернуть рамку. Величина этого момента зависит от силы тока $I$, индукции магнитного поля $B$, площади рамки $S$ и ее ориентации в поле:

$M = I B S \sin \alpha$

где $\alpha$ – это угол между вектором магнитной индукции $\vec{B}$ и нормалью (перпендикуляром) к плоскости рамки.

1. Положение равновесия.

Вращающий момент максимален, когда плоскость рамки параллельна линиям поля ($\alpha = 90^\circ$), и равен нулю, когда плоскость рамки перпендикулярна линиям поля ($\alpha = 0^\circ$). Именно в этом положении ($\alpha = 0^\circ$) рамка достигает состояния устойчивого равновесия. Вращающий момент становится равным нулю, и вращение прекращается. Силы Ампера в этом положении все еще действуют на рамку, но они направлены вдоль прямых, проходящих через ось вращения, и лишь растягивают (или сжимают) рамку, не создавая вращательного движения.

2. Уравновешивающий момент.

В измерительных приборах (например, в гальванометрах) рамка связана с упругой пружиной. При повороте рамки под действием магнитного момента, пружина закручивается и создает противодействующий упругий момент, который растет по мере увеличения угла поворота. Рамка останавливается и удерживается в том положении, где вращающий момент сил Ампера становится равным по величине и противоположным по направлению моменту сил упругости пружины.

Ответ: Рамку от вращения в магнитном поле удерживает отсутствие вращающего момента. Это происходит в двух основных случаях: 1) когда рамка достигает положения устойчивого равновесия, при котором ее плоскость перпендикулярна линиям магнитной индукции (вращающий момент сил Ампера становится равен нулю); 2) когда создаваемый магнитным полем вращающий момент уравновешивается внешним моментом сил (например, моментом сил упругости пружины в измерительных приборах).