Номер 1, страница 188 - гдз по физике 8 класс учебник Изергин

Глава IV. Электромагнитные явления. Параграф 32. Электрический двигатель - номер 1, страница 188.

Условие.

1. Почему рамка с электрическим током поворачивается в магнитном поле?

Решение.

1. Рамка с электрическим током поворачивается в магнитном поле из-за действия силы Ампера на её стороны. Когда проводник с током помещается во внешнее магнитное поле, на него действует сила, называемая силой Ампера. Величина этой силы определяется по формуле:

$F_A = I B l \sin\alpha$

где $\text{I}$ – сила тока в проводнике, $\text{B}$ – индукция магнитного поля, $\text{l}$ – длина участка проводника, находящегося в поле, а $\alpha$ – угол между направлением тока и вектором магнитной индукции. Направление силы Ампера можно определить с помощью правила левой руки.

Рассмотрим прямоугольную рамку с током, помещенную в однородное магнитное поле.

1. На две противоположные стороны рамки, которые перпендикулярны линиям магнитного поля, будут действовать силы Ампера. Так как ток в этих сторонах течет в противоположных направлениях, то по правилу левой руки силы, действующие на них, также будут направлены в противоположные стороны (например, на одну сторону – вверх, на другую – вниз).

2. Эти две силы равны по величине, но приложены к разным сторонам рамки. Такая пара сил создает вращающий момент, который и заставляет рамку поворачиваться вокруг своей оси.

3. На две другие стороны рамки (которые могут быть параллельны линиям поля) силы Ампера либо равны нулю, либо направлены вдоль одной прямой в противоположные стороны, растягивая или сжимая рамку, но не создавая вращающего момента.

Величина вращающего момента $\text{M}$ зависит от силы тока, индукции поля, площади рамки $\text{S}$ и ориентации рамки в поле:

$M = I B S \sin\alpha$

где $\alpha$ – угол между нормалью (перпендикуляром) к плоскости рамки и направлением магнитного поля.

Рамка будет вращаться до тех пор, пока не достигнет положения равновесия, при котором вращающий момент станет равным нулю. Это происходит, когда плоскость рамки устанавливается перпендикулярно линиям магнитной индукции (когда $\sin\alpha = 0$). Это явление является основополагающим принципом работы электродвигателей.

Ответ: Рамка с током поворачивается в магнитном поле, потому что на ее противоположные стороны действуют силы Ампера, которые равны по модулю, но направлены в противоположные стороны. Эта пара сил создает вращающий момент, заставляющий рамку вращаться.