Номер 2, страница 164 - гдз по физике 9 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 3. Электромагнитные явления. Параграф 35. Электродвигатель - номер 2, страница 164.

Условие.

2. Объясните, почему вращается рамка с током, помещённая в магнитное поле.

Решение.

Вращение рамки с током, помещённой в магнитное поле, объясняется действием силы Ампера на её стороны. Эта сила действует на любой проводник с током, находящийся в магнитном поле.

Рассмотрим прямоугольную рамку, по которой течёт ток $\text{I}$. Когда её помещают в однородное магнитное поле с индукцией $\text{B}$, на каждую из её сторон начинает действовать сила Ампера. Направление этой силы определяется по правилу левой руки.

Ключевым моментом является то, что в двух противоположных сторонах рамки (например, в левой и правой) ток течёт в противоположных направлениях. В результате, согласно правилу левой руки, силы Ампера, действующие на эти стороны, также будут направлены в противоположные стороны (например, на одну сторону — вверх, а на другую — вниз). Эти две силы равны по величине, но приложены к разным частям рамки.

Пара равных по модулю и противоположных по направлению сил, действующих на тело, создаёт вращающий момент. Именно этот момент сил и заставляет рамку вращаться вокруг своей оси. Величина вращающего момента $\text{M}$ вычисляется по формуле:
$M = I \cdot S \cdot B \cdot \sin(\theta)$,
где $\text{I}$ — сила тока, $\text{S}$ — площадь рамки, $\text{B}$ — индукция магнитного поля, а $\theta$ — это угол между перпендикуляром (нормалью) к плоскости рамки и вектором магнитной индукции.

Вращение продолжается до тех пор, пока рамка не займёт положение, в котором вращающий момент станет равен нулю. Это происходит, когда плоскость рамки оказывается перпендикулярна линиям магнитной индукции (тогда $\theta = 0^\circ$ и $\sin(0^\circ) = 0$). В этом положении силы Ампера всё ещё действуют на стороны рамки, но они направлены вдоль одной прямой и только растягивают рамку, не вызывая её дальнейшего вращения.

Этот эффект является основополагающим принципом работы электродвигателей.

Ответ: Рамка с током вращается в магнитном поле потому, что на её противоположные стороны, по которым ток течёт в разных направлениях, действуют силы Ампера. Эти силы направлены в противоположные стороны и создают вращающий момент, который поворачивает рамку.