Номер 6, страница 180 - гдз по физике 10 класс учебник Громыко, Зенькович

6. В чём проявляется действие магнитного поля на рамку с током?

В чём проявляется действие магнитного поля на рамку с током?

Решение

Действие магнитного поля на замкнутый проводящий контур (рамку), по которому протекает электрический ток, проявляется в возникновении вращающего момента. Этот момент стремится повернуть рамку так, чтобы её плоскость установилась перпендикулярно линиям магнитной индукции.

Рассмотрим это явление подробнее. На каждый элемент проводника с током, помещенного в магнитное поле, действует сила Ампера. Для прямолинейного участка проводника длиной $l$ с током $I$ в магнитном поле с индукцией $B$ эта сила определяется формулой: $$ F_A = I \cdot B \cdot l \cdot \sin(\alpha) $$ где $\alpha$ — угол между направлением тока и вектором магнитной индукции. Направление силы Ампера определяется по правилу левой руки.

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

На две противоположные стороны рамки, которые могут быть ориентированы под некоторым углом к линиям поля, действуют силы Ампера. Согласно правилу левой руки, эти силы будут направлены в противоположные стороны (например, одна сила вверх, другая — вниз).

Если эти силы не лежат на одной прямой, они образуют пару сил, которая и создает вращающий момент (момент сил). На две другие стороны рамки силы Ампера либо не создают вращающего момента (растягивают или сжимают рамку), либо уравновешивают друг друга.

Величина этого вращающего момента $M$ зависит от силы тока $I$, площади рамки $S$, индукции магнитного поля $B$ и ориентации рамки в поле. Она вычисляется по формуле: $$ M = I \cdot S \cdot B \cdot \sin(\beta) $$ где $\beta$ — это угол между вектором магнитной индукции $\vec{B}$ и нормалью (перпендикуляром) к плоскости рамки $\vec{n}$.

Вращающий момент максимален, когда плоскость рамки параллельна линиям магнитной индукции ($\beta = 90^\circ$, $\sin(90^\circ) = 1$). Момент равен нулю, когда плоскость рамки перпендикулярна линиям магнитной индукции ($\beta = 0^\circ$, $\sin(0^\circ) = 0$). В этом положении рамка находится в состоянии устойчивого равновесия.

Это явление лежит в основе работы электродвигателей, гальванометров, амперметров и вольтметров магнитоэлектрической системы.

Ответ: Действие магнитного поля на рамку с током проявляется в возникновении вращающего момента, который стремится повернуть рамку так, чтобы её плоскость заняла положение, перпендикулярное линиям магнитной индукции.