5. Рамка с током в магнитном поле
Поместим квадратную рамку, которая может поворачиваться вокруг оси ОО', в однородное магнитное поле с индукцией В (рис. 17.12). Сила тока, идущего в рамке, равна I, длина каждой из ее сторон а. На стороны рамки действуют силы F\, F2, F3, F4. Силы F2 и F4 равны по величине, направле
ны вдоль оси ОО' и взаимно компенсируют и F3 также равны друг другу по величине: F1 = F3 = = IaB. Они, как и силы F2 и F4, тоже направлены в противоположные стороны, но представляют собой пару сил относительно оси ОО' (плечо каждой из этих сил равно а/2). Под действием этой пары сил рамка будет поворачиваться вокруг оси ОО'. Механический вращательный момент, действующий на рамку, равен сумме моментов сил Fr и F3:
друг друга. Силы F4
Здесь а — угол между вектором магнитной индукции В и вектором магнитного момента рм (он, как мы знаем, направлен по нормали к плоскости рамки). Максимальный момент действует на рамку тогда, когда линии магнитной индукции лежат в плоскости рамки: а = л/2. Если а = 0 или а = л, то Мвр = 0, причем в первом случае рамка находится в состоянии устойчивого равновесия (рис. 17.13, а), во втором — неустойчивого равновесия (рис. 17.14, а). Из рис. 17.13, б видно, что если магнитный момент рамки параллелен вектору магнитной индукции, то при малом отклонении рамки от положения равновесия момент сил, действующих на рамку, стремится вернуть ее в первоначальное состояние; это положение равновесия рамки устойчивое. Силы Ампера растягивают рамку.
Если же магнитный момент контура с током направлен в сторону, противоположную вектору магнитной индукции (см. рис. 17.14, а), то рамка находится в положении равновесия, но силы Ампера стремятся сжать рамку. При отклонении рамки от положения равновесия в этом случае (см. рис. 17.14, б) момент сил, действующих на рамку, уводит ее от положения равновесия: положение равновесия рамки неустойчивое.
