Номер 3, страница 218 - гдз по физике 8 класс учебник Закирова, Аширов

3. Как движется рамка с током в магнитном поле?

3. Движение рамки с током в магнитном поле обусловлено действием силы Ампера на её стороны. На каждый участок проводника с током, помещенного в магнитное поле, действует сила Ампера, направление которой определяется по правилу левой руки.

Рассмотрим прямоугольную рамку, по которой течет ток $I$, помещенную в однородное магнитное поле с индукцией $\vec{B}$.

На две противоположные стороны рамки, которые перпендикулярны линиям магнитной индукции, будут действовать две силы Ампера, $F_1$ и $F_2$. Согласно правилу левой руки, эти силы будут равны по модулю, но направлены в противоположные стороны. Например, если одна сила направлена вверх, то другая будет направлена вниз.

Величина каждой из этих сил определяется по формуле: $F = I \cdot B \cdot l$, где $l$ – длина стороны рамки, на которую действует сила.

Так как силы $F_1$ и $F_2$ равны по модулю, но противоположны по направлению и приложены к разным сторонам рамки (не лежат на одной прямой), они создают пару сил. Эта пара сил создает вращающий момент $M$, который стремится повернуть рамку.

Величина вращающего момента зависит от ориентации рамки в поле и вычисляется по формуле: $M = I \cdot S \cdot B \cdot \sin(\alpha)$, где $S$ – площадь рамки, а $\alpha$ – угол между вектором нормали (перпендикуляром) $\vec{n}$ к плоскости рамки и вектором магнитной индукции $\vec{B}$.

Под действием этого момента рамка начинает вращаться. Вращение будет продолжаться до тех пор, пока вращающий момент не станет равным нулю. Это произойдет, когда плоскость рамки станет перпендикулярной линиям магнитной индукции, то есть когда вектор нормали $\vec{n}$ станет параллельным вектору $\vec{B}$ (угол $\alpha = 0^\circ$). Это положение устойчивого равновесия.

Если рамка по инерции пройдет это положение, то направление вращающего момента изменится на противоположное, и он будет стремиться вернуть рамку обратно к положению равновесия.

Таким образом, рамка с током в магнитном поле совершает вращательное движение до тех пор, пока не займет положение устойчивого равновесия. Чтобы обеспечить непрерывное вращение, как это происходит в электродвигателях, необходимо в момент прохождения положения равновесия изменять направление тока в рамке при помощи специального устройства — коллектора.

Ответ: Рамка с током, помещенная в магнитное поле, испытывает действие вращающего момента, который заставляет её поворачиваться. Она стремится занять положение, в котором плоскость рамки перпендикулярна линиям магнитной индукции. При наличии специального устройства (коллектора), изменяющего направление тока, рамка может совершать непрерывное вращательное движение, что является принципом работы электродвигателя.