3.11. Рамка с током в магнитном поле

Действие магнитного поля на помещённую в него рамку с током зависит от взаимного расположения рамки и тока. Рассмотрим последовательно три случая, соответствующие трём разным положениям рамки относительно поля.

На рис. 3.15 изображена рамка, плоскость которой перпендикулярна полю . Определяя направление амперовой силы, действующей на каждую из сторон рамки, убедимся, что при указанном направлении тока рамка будет растянута полем и при отсутствии жёсткости материала деформируется в круг. Если изменить направление либо поля, либо тока, рамка будет сжата магнитным полем.

На рис. 3.16 поле направлено параллельно двум сторонам рамки. На них амперова сила действовать не будет, поскольку угол между стороной рамки и полем равен нулю. На две стороны а рамки, перпендикулярные полю, будет действовать пара сил и создавать вращающий момент, равный произведению F_А на длину стороны b. Если рамка имеет ось, проходящую через середины её сторон, то под действием момента сил рамка повернётся и встанет так, что её плоскость будет перпендикулярна полю . Интересен случай, когда поворот рамки сопровождается возникновением в подвесе упругих сил, возвращающих рамку в исходное положение. В этом случае рамка будет совершать колебания. Это не будут колебания материальной точки, кинематика и динамика которых рассмотрены в I ч. курса лекций, разделы 4.1 и 4.2. Но изложенные там закономерности легко перевести на язык законов, определяющих характер вращательного движения твёрдого тела, что вы и делали в I семестре, выполняя лабораторную работу по определению момента инерции тела методом крутильных колебаний.

Прежде, чем перейти к подробному описанию колебаний рамки, рассмотрим положение рамки, изображённое на рис. 3.17, когда угол между полем и нормалью к рамке имеет промежуточное значение γ. В этом случае амперова сила будет определяться не полем , а его составляющей B_{| |}, которая параллельна плоскости рамки и пропорциональна углу отклонения:

если отклонения рамки невелики (g