Номер 3, страница 188 - гдз по физике 8 класс учебник Изергин

Глава IV. Электромагнитные явления. Параграф 32. Электрический двигатель - номер 3, страница 188.

Условие.

3. Что изменяется при повороте рамки: сила Ампера или момент этой силы?

Решение.

Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо рассмотреть, как определяются сила Ампера и ее момент для рамки с током, вращающейся в магнитном поле.

Величина силы Ампера, действующей на прямой участок проводника длиной $\text{l}$, по которому течет ток $\text{I}$, в магнитном поле с индукцией $\text{B}$, вычисляется по формуле:
$F_A = I \cdot B \cdot l \cdot \sin(\alpha)$,
где $\alpha$ — это угол между направлением тока в проводнике и вектором магнитной индукции $\text{B}$.
Для тех сторон рамки, которые создают вращающий момент (обычно это стороны, параллельные оси вращения), угол $\alpha$ между направлением тока и линиями магнитного поля в однородном поле остается постоянным и равным $90^\circ$. В этом случае $\sin(\alpha) = 1$. Таким образом, модуль силы Ампера, действующей на эти стороны, во время вращения не изменяется и равен $F_A = I \cdot B \cdot l$.

Момент силы Ампера (или вращающий момент) характеризует вращательное действие силы и зависит не только от величины силы, но и от ее плеча. Для рамки с током в магнитном поле он определяется формулой:
$M = I \cdot S \cdot B \cdot \sin(\beta)$,
где $\text{S}$ — площадь рамки, а $\beta$ — угол между нормалью (перпендикуляром) к плоскости рамки и вектором магнитной индукции $\text{B}$.
Когда рамка поворачивается, ее ориентация относительно поля меняется, а значит, угол $\beta$ непрерывно изменяется. Поскольку величина момента силы $\text{M}$ прямо пропорциональна $\sin(\beta)$, то при изменении угла $\beta$ момент силы также изменяется. Момент максимален, когда плоскость рамки параллельна линиям магнитного поля ($\beta = 90^\circ$), и равен нулю, когда плоскость рамки перпендикулярна линиям поля ($\beta = 0^\circ$).

Ответ: При повороте рамки изменяется момент силы Ампера, в то время как модуль самой силы Ампера (действующей на стороны, которые создают вращение) остается постоянным.