РУҚА
Задание № 14 · ЕГЭ

Энергия магнитного диполя

Потенциальная энергия рамки с током во внешнем магнитном поле
2 мин чтенияСложность: Обновлено 27 сентября 2026

Энергия магнитного диполя — это потенциальная энергия рамки с током, помещённой во внешнее магнитное поле. Она зависит от взаимной ориентации magnetic-dipole-момент магнитного диполя и вектора магнитной индукции поля.

Энергия магнитного диполяНазвание связано с представлением рамки с током как малого магнитного диполя.
Потенциальная энергия магнитного диполя во внешнем магнитном поле, равная скалярному произведению вектора магнитного момента диполя и вектора магнитной индукции, взятому со знаком минус.
\(U\)
потенциальная энергия
Дж
\(m\)
модуль магнитного момента
А·м²
\(B\)
магнитная индукция
Тл
\(α\)
угол между магнитным моментом и магнитной индукцией
рад

Формула и равновесие

\[U=-\vec{m}\cdot\vec{B}=-mB\cos\alpha\]

Здесь \(\alpha\) — угол между вектором магнитного момента и вектором магнитной индукции. Если поле однородно, при повороте рамки изменяется её энергия, а магнитное поле совершает работу. Связь рамки с током и полем рассматривается на странице current-loop-in-magnetic-field-рамка с током в магнитном поле.

  • При \(\alpha=0^\circ\) векторы \(\vec{m}\) и \(\vec{B}\) сонаправлены: \(U=-mB\) — минимальная энергия, равновесие устойчивое.
  • При \(\alpha=180^\circ\) векторы противоположно направлены: \(U=+mB\) — максимальная энергия, равновесие неустойчивое.
  • При \(\alpha=90^\circ\) энергия равна нулю, но это не положение равновесия: на диполь действует максимальный вращательный момент.
№
Пример

Пусть \(m=0{,}02\,\text{А·м}^2\), \(B=0{,}5\,\text{Тл}\), а векторы образуют угол \(60^\circ\). Тогда \(U=-mB\cos60^\circ=-0{,}005\,\text{Дж}\). При повороте в положение \(\alpha=0^\circ\) энергия уменьшится до \(-0{,}01\,\text{Дж}\), поэтому рамка будет стремиться повернуться и совместить \(\vec{m}\) с \(\vec{B}\).

!
Не путайте

Минимальная энергия соответствует устойчивому, а не максимальному положению. Поэтому устойчивое равновесие магнитного диполя — это сонаправленность \(\vec{m}\) и \(\vec{B}\), а не их противоположная ориентация. Направление момента определяется правилом для magnetic-moment-direction-направления магнитного момента.

Проверьте себя

Как изменится потенциальная энергия диполя при повороте из положения \(\alpha=90^\circ\) в положение \(\alpha=0^\circ\)?

Главное за минуту

Главное

  • Энергия магнитного диполя определяется формулой \(U=-\vec{m}\cdot\vec{B}=-mB\cos\alpha\).
  • Устойчивое равновесие достигается при \(\vec{m}\parallel\vec{B}\) и минимальной энергии; противоположная ориентация неустойчива.
  • При изменении ориентации рамки меняются её энергия и направление вращения к положению устойчивого равновесия.