Рамка с током в магнитном поле

Рассмотрим рамку с током в однородном магнитном поле (рис. 54). На участок рамки АВ = 1 и участок DC = l действует сила

. (6.10)

На участке AD и ВС силы действуют в разные стороны, стремясь деформировать рамку, т.е. растянуть ее. Силы, действующие на участках АВ и DC, создают вращающийся момент и приводят рамку с током во вращение.

Момент пары сил

где S = l∙(AD) - площадь рамки с током I; IS = p_м - магнитный момент рамки. Если - вектор нормали к площади рамки, то

или в векторной форме: . (6.12)

Магнитное поле стремится повернуть и растянуть рамку с током так, чтобы магнитный поток через рамку был максимальным, т.е. рамка своей плоскостью устанавливается перпендикулярно, а магнитный момент - вдоль линий магнитной индукции. Поэтому неоднородное магнитное поле втягивает рамку с током в область, где магнитная индукция имеет наибольшее значение.

Эта ситуация иллюстрируется на рис. 55. Рамка с током в магнитном поле устанавливается так, чтобы силы магнитного взаимодействия растягивали ее. В неоднородном поле всегда имеет место неравенство F₁ > F₂ (рис. 55). В результате рамка будет втягиваться в область, где магнитное поле максимальное.

При повороте рамки на небольшой угол dα. совершается работа, равная произведению момента силы М на угол поворота dα, т.е.

.

В случае поворота рамки на конечный угол от до α ₂ будет совершена следующая работа:

Величина BS соs α = Ф представляет собой поток магнитной индукции. Поэтому работа, которую совершает рамка с током в магнитном поле, равна произведению тока на изменение магнитного потока:

(6.13)

Элементарный магнитный поток определяется как скалярное произведение:

. (6.14) Полный поток через поверхность S равен

(6.15)

Поток магнитной индукции измеряется в веберах:

(6.16)

Магнитный поток также как и поток электростатического смещения важное понятие для установления отсутствия магнитных зарядов.
6.4. Работа по перемещению проводника
с током в магнитном поле

Пусть в однородном магнитном поле с индукцией В перемещается проводник длиной l и током I (рис. 56) перпендикулярно линиям магнитной индукции. Очевидно, что работа по перемещению такого проводника с учетом (6.3) определяется следующим образом:

. (6.17)

Работа проводника с током в магнитном поле равна произведению величины тока на магнитный поток, который пересекает проводник в процессе перемещения. Работа перемещения в магнитном поле замкнутого контура с током равна произведению тока на разность потоков, которые пересекает замкнутый контур в начальном и конечном положениях, а именно:

. (6.18)

В рассмотренном явлении происходит превращение электрической энергии в механическую работу. Энергия, подводимая от источника ЭДС к подвижному проводнику, расходуется на деформацию магнитного поля. Деформация магнитного поля является причиной возникновения сил. Магнитное поле выполняет роль посредника при преобразовании электрической энергии в механическую работу.

Поиск по сайту: