Равновесие рамки с током

Рамка с током находится в равновесии, когда действующий на неё вращающий момент равен нулю. В однородном магнитном поле равновесие бывает устойчивым: магнитный момент направлен по полю, или неустойчивым: магнитный момент направлен против поля.

Рамка с током обладает магнитным моментом \(\vec{m}\), направление которого определяют правилом правой руки. На рамку действует пара сил, создающая момент и стремящаяся повернуть её так, чтобы \(\vec{m}\) совпал с направлением магнитного поля \(\vec{B}\). Подробнее действие этого момента рассматривается на странице «Рамка с током в магнитном поле», а свойства поля самой рамки — на странице «Магнитное поле рамки с током».

Здесь \(M\) — модуль момента сил, \(m\) — модуль магнитного момента рамки, \(B\) — магнитная индукция, а \(\alpha\) — угол между \(\vec{m}\) и \(\vec{B}\). При \(\alpha=0^\circ\) или \(180^\circ\) момент равен нулю, поэтому возможны положения равновесия.

Равновесие при \(\alpha=0^\circ\) устойчиво: после небольшого отклонения возникает момент, возвращающий рамку обратно. Равновесие при \(\alpha=180^\circ\) неустойчиво: даже малое отклонение приводит к дальнейшему повороту рамки. Энергия рамки описывается формулой \(U=-mB\cos\alpha\): в устойчивом положении она минимальна, а в неустойчивом — максимальна.