Рамка с током в однородном магнитном поле

Рассмотрим прямоугольный виток с током, находящийся в однородном магнитном поле.

Читатель: А что значит однородное магнитное поле?

Автор: Это значит, что направление и величина вектора магнитной индукции во всех точках пространства одинаковы.

Установим рамку с током в однородном поле так, чтобы плоскость ее совпадала с направлением вектора (рис. 8.8, а – вид сбоку, б – вид сверху).

Рис. 8.8

На стороны рамки, параллельные вектору , магнитное поле не действует, а на две стороны, перпендикулярные вектору , по правилу левой руки действуют две равные по величине и противоположно направленные силы и . (Силы и равны по величине потому, что они действуют на прямолинейные проводники одинаковой длины, по которым текут одинаковые токи, а свойства поля во всех точках пространства одинаковы.)

Эти две силы стремятся развернуть рамку так, чтобы ее плоскость установилась перпендикулярно направлению вектора .

Читатель: А как будет действовать на рамку поле после того, как ее плоскость встанет перпендикулярно к направлению вектора ?

Автор: Если поле однородно, то этим поворотом и ограничивается воздействие поля, ибо в этом положении действие поля сво­дится к четырем направленным в разные стороны силам , и , которые не могут перемещать виток, а только стремятся его деформировать и уравновешиваются упругими силами, возникающими при деформации жесткого витка. На рис. 8.9 показана рамка с током, стоящая перпендикулярно к линиям однород­ного поля: а – вид сбоку (магнитное поле направлено к наблюдателю); б – вид сверху.

Рис. 8.9

Читатель: А если изменить направление тока в рамке?

Автор: Тогда все силы изменят свое направление на противоположное и будут стремиться сжать рамку (рис. 8.10).

Рис. 8.10

Заметим, что согласно правилу буравчика в случае, показанном на рис. 8.9, магнитное поле, созданное самой рамкой, совпадает с направлением внешнего поля , а в случае на рис. 8.10 – противоположно ему.

Автор: Как Вы считаете, каким является положение равновесия рамки в этих случаях: устойчивым или неустойчивым? То есть если мы отклоним рамку с током на малый угол от положения равновесия, она вернется в исходное положение или же будет под действием сил Ампера еще дальше отклонятся от него?

Рис. 8.11

Читатель: По-моему, в первом случае силы и вернут рамку в исходное состояние (рис. 8.11, а), а во втором случае будут разворачивать дальше до тех пор, пока направление поля, созданного рамкой, не совпадет с направлением внешнего поля.

Автор: Совершенно верно. Замечу только, что в случае устойчивого равновесия (см. рис. 8.9) магнитное поле, созданное самой рамкой, совпадало по направлению с внешним полем, а в случае неустойчивого равновесия (см. рис. 8.10) было противоположно ему.

СТОП! Решите самостоятельно: А6, А7, В5–В7, С5.