Контур зі струмом в магнітному полі. Магнітний момент

Контуром зі струмом називають замкнений провідник по якому тече електричний струм.

Розглянемо прямокутний контур з постійним струмом , розміщений в однорідному магнітному полі паралельно лініям індукції. Магнітне поле діє на кожну сторону рамки, напрями сил Ампера показано на рисунку. Оскільки сторони 2 і 4 розташовані паралельно до ліній індукції магнітного поля, то і , а сили і утворюють пару сил, які створюють обертальний момент навколо вертикальної осі, що проходить через центр рамки:

,

де - довжина бічних сторін рамки.

Обертальний момент сил, що діють на контур зі струмом:

,

де - площа рамки,

– кут між напрямком сили і елементом струму.

Оскільки магнітним моментом контуру зі струмом називають векторну фізичну величину, чисельно рівну добутку сили струму в контурі на площу рамки і на одиничний вектор нормалі проведений до площини рамки (напрям вектору визначають за правилом правого гвинта відносно напряму струму у контурі):

Тоді в загальному вигляді обертальний момент сил, що діють на контур зі струмом:

.

Обертальний момент сил максимальний, якщо (площина рамки розташована вздовж ліній індукції магнітного поля) і дорівнює нулю, коли . Вміщений у магнітне поле контур зі струмом під дією обертального моменту буде намагатися прийняти таке положення, щоб вектори і стали паралельними і однаково направленими. Таке положення відповідає стійкій рівновазі.

Якщо площина контуру зі струмом перпендикулярна лініям індукції магнітного поля, то (на рис. точками позначено напрям вектора на нас). Сила Ампера, яка у цьому разі діє на кожну сторону контуру зі струмом, лежить у площині контуру і, залежно від взаємного направлення та , буде спрямована назовні або всередину контуру. Тобто контур зі струмом під дією цих сил або розтягуватиметься, або стискуватиметься, але обертальний момент дорівнюватиме нулю.

Плоский контур зі струмом у неоднорідному магнітному полі, окрім обертальної дії та деформації зазнає ще й додаткових дій, що зумовлюють переміщення контуру в бік збільшення або зменшення магнітної індукції залежно від напряму струму . У випадку зображеному на рис., контур буде втягуватиметься в область збільшення індукції магнітного поля (переміщуватиметься ліворуч). Результуюча сила з якою магнітне поле втягує або виштовхує контур зі струмом:

,

де – потенціальна енергія контуру зі струмом у магнітному полі.

Контури зі струмом використовують у приладах для вимірювання індукції магнітного поля за відомим значенням обертального моменту сил користуючись формулою .

Дата добавления: 2014-01-04