Момент сил, действующий на рамку с током
Момент сил, действующий на рамку с током, характеризует вращающее действие магнитного поля на рамку. В однородном поле противоположные стороны рамки испытывают силы Ампера, образующие пару сил и стремящиеся повернуть рамку.
Направление момента определяют по правилу левой руки для сил Ампера или по направлению, в котором поле поворачивает рамку с током. Рамка стремится расположиться так, чтобы её магнитный момент был направлен вдоль магнитной индукции.
Формула момента сил
Для плоской рамки с током в однородном магнитном поле:
Здесь \(\alpha\) — угол между вектором магнитной индукции \(\vec B\) и нормалью к плоскости рамки. Если рамка имеет \(N\) витков, то \(M = N B I S \sin\alpha\). Максимальный момент достигается при \(\alpha = 90^\circ\): \(M_{\max}=BIS\). Момент равен нулю при \(\alpha=0^\circ\) или \(180^\circ\).
Пусть \(B=0{,}2\) Тл, \(I=3\) А, площадь рамки \(S=0{,}01\) м², а \(\alpha=90^\circ\). Тогда \(M=0{,}2\cdot3\cdot0{,}01\cdot1=0{,}006\) Н·м.
Момент сил — не сама сила Ампера. Сила измеряется в ньютонах и действует на отдельный участок проводника, а момент измеряется в Н·м и описывает вращение всей рамки. При \(\alpha=0^\circ\) силы на сторонах могут быть ненулевыми, но их вращающие действия взаимно компенсируются, поэтому момент равен нулю.
Как изменится момент сил, если площадь рамки увеличить в 2 раза, а остальные величины оставить прежними?
Главное
- Момент сил показывает вращающее действие магнитного поля на рамку с током.
- Для одного витка \(M=BIS\sin\alpha\), для \(N\) витков \(M=NBIS\sin\alpha\).
- Момент максимален при перпендикулярности магнитного поля и нормали к рамке и равен нулю при их параллельности.