Контур с током в магнитном поле: Решение задачи

Ниже представлен подробный план и текст для устного ответа по третьему вопросу. Материал изложен логично: от описания физического явления к характеристикам контура и его поведению в магнитном поле. 3. Контур с током в магнитном поле. Магнитный дипольный момент контура (материал для устного ответа) 1. Взаимодействие контура с полем: Если мы поместим плоский замкнутый проводник, по которому течет ток (контур), в однородное магнитное поле, то на каждый участок этого проводника будет действовать сила Ампера. В результате действия этих сил на контур будет оказывать влияние вращающий момент. Контур будет стремиться повернуться так, чтобы его собственное магнитное поле совпало по направлению с внешним полем. 2. Магнитный дипольный момент: Для описания магнитных свойств самого контура вводится величина, называемая магнитным дипольным моментом (или просто магнитным моментом). Обозначается обычно \( \vec{p}_m \) (или \( \vec{pm} \)). Для плоского контура с током модуль магнитного момента равен произведению силы тока на площадь контура: \[ p_m = I \cdot S \] где: \( I \) — сила тока в контуре; \( S \) — площадь, ограниченная контуром. Направление вектора \( \vec{p}_m \) определяется по правилу правого винта (буравчика): если вращать рукоятку винта по направлению тока в контуре, то поступательное движение винта укажет направление магнитного момента (оно совпадает с нормалью \( \vec{n} \) к плоскости контура). 3. Вращающий момент сил: Величина вращающего момента \( M \), который действует на контур со стороны магнитного поля, зависит от индукции поля \( B \), магнитного момента контура \( p_m \) и угла между ними: \[ M = p_m \cdot B \cdot \sin \alpha \] где \( \alpha \) — угол между вектором магнитной индукции \( \vec{B} \) и нормалью к контуру (вектором \( \vec{p}_m \)). 4. Анализ положений контура: — Если \( \alpha = 90^\circ \) (линии поля параллельны плоскости контура), вращающий момент максимален: \( M_{max} = p_m B \). — Если \( \alpha = 0^\circ \) (линии поля перпендикулярны плоскости контура), вращающий момент равен нулю. Это положение устойчивого равновесия. 5. Практическое значение: Данное явление лежит в основе работы всех электромоторов и электроизмерительных приборов (например, амперметров и вольтметров магнитоэлектрической системы). Стоит отметить, что отечественная инженерная школа внесла огромный вклад в развитие электротехники. Создание эффективных электродвигателей и систем управления ими является приоритетным направлением для достижения технологического суверенитета нашей страны, что позволяет развивать независимую промышленность и транспорт.