Как действует магнитное поле на рамку с током
Содержание
Вращение рамки с током в магнитном поле — это интересное и важное физическое явление, нашедшее широкий спектр применений. Основное из них — двигатель, преобразующий электрическую энергию в механическую на основе силы Ампера.
Свойства магнитного поля и электрического тока
Чтобы понять, почему вращается рамка с током в магнитном поле, следует разобраться в базовых понятиях:
- Магнитное поле может быть создано различными способами, включая использование магнитов разных типов или движущихся электрических зарядов. Силовые линии магнитного поля всегда направлены от северного полюса к южному. Магнит ориентируется в пространстве за счет воздействия поля планеты.
- Электрический ток — это поток заряженных частиц в проводнике. Явление возникает, когда заряженные частицы двигаются под воздействием электрической силы. Ток может быть постоянным, что означает стабильное движение зарядов в одном направлении, или переменным, когда вектор движения частиц меняется со временем. Электрическая энергия частиц преобразуется в различные виды работы, такие как механическая тяга в электродвигателях или свет в лампах.
Важно помнить о взаимосвязи тока и магнитного поля. Вокруг проводника с током формируется магнитное поле, которое может действовать на другие объекты, вызывая разнообразные физические явления.
Поведение токопроводящей рамки в магнитном поле
Рассмотрим, какое действие оказывает однородное магнитное поле на рамку с током. Индукция такого поля одинакова в каждой его точке. Когда в однородном магнитном поле находится рамка, по которой начинает течь электрический ток, на нее действуют силы Ампера, направленные в разные стороны. Они создают момент сил:
В векторной форме момент сил, действующих на рамку, или вращающий момент можно записать так:
Произведение Pm = IS — это магнитный момент рамки. Он старается развернуть ее перпендикулярно линиям индукции В, благодаря чему рамка с током не просто немного поворачивается, а вращается в однородном магнитном поле.
Следовательно, рамка с током вращается в однородном магнитном поле благодаря взаимодействию магнитного поля и силового момента рамки. Если рамку с пропущенным током поместить в магнитное поле вдоль его линий то, момент силы, действующий на рамку с током, заставит ее сделать поворот, в результате которого плоскость рамки расположится перпендикулярно силовым линиям внешнего МП.
Более сложная ситуация возникнет, если мы расположим проводник с током в неоднородном магнитном поле. В таком поле отличным от нуля является не только момент сил, но и равнодействующая всех амперовских сил. Поэтому рамка с током будет и вращаться, и двигаться поступательно.
Влияние ориентации рамки и магнитного поля
Рамка с током в однородном магнитном поле стремится занять такое положение, чтобы направление ее собственного магнитного момента совпадало с направлением вектора индукции внешнего МП. Проще говоря, плоскость рамки всегда располагается под углом 90 градусов к направлению вектора В. Поэтому, используя ориентацию рамки с током, можно определять направление силовых линий МП.
Если вращающий момент равен нулю, а магнитный момент рамки имеет такое же направление, что и вектор индукции внешнего МП или противоположное ему, то рамка будет находиться в равновесном положении. Следовательно, положение рамки является равновесным лишь при условии, что векторы индукции и магнитного момента параллельны друг другу.
При любом положении токопроводящей рамки в МП на те ее части, которые не параллельны вектору индукции, действуют силы, деформирующие проводник. Их необходимо учитывать, выполняя расчеты на прочность контуров с большими токами, пребывающих в сильных магнитных полях.
Применение и значение
Изучая поведение рамки в МП несложно понять, что меняя направление электротока в ней, можно добиться ее непрерывного вращения, приводящего к совершению полезной работы. Именно на таком принципе построена работа простейшего электродвигателя.
Электромагнитная вращающаяся система имеет множество практических применений. Технология широко используется в промышленности, автомобильной технике, бытовых устройствах, электроизмерительных приборах и других областях.
Кроме того, рамка, вращающаяся в магнитном поле, активно исследуется в научных работах, связанных с магнетизмом и электродинамикой. Понимание явления позволяет улучшить дизайн и эффективность различных устройств, работающих на этом принципе.
Загрузка...
