Контур зі струмом в магнітному полі. Магнітний момент.
Контуром зі струмом називають замкнений провідник по якому тече електричний струм.
Розглянемо прямокутний контур з постійним струмом , розміщений в однорідному магнітному полі паралельно лініям індукції. Магнітне поле діє на кожну сторону рамки, напрями сил Ампера показано на рисунку. Оскільки сторони 2 і 4 розташовані паралельно до ліній індукції магнітного поля, то
і
, а сили
і
утворюють пару сил, які створюють обертальний момент навколо вертикальної осі, що проходить через центр рамки:
,
де - довжина бічних сторін рамки.
Обертальний момент сил, що діють на контур зі струмом:
,
де - площа рамки,
– кут між напрямком сили
і елементом струму.
Оскільки магнітним моментом контуру зі струмом називають векторну фізичну величину, чисельно рівну добутку сили струму в контурі на площу рамки і на одиничний вектор нормалі проведений до площини рамки (напрям вектору визначають за правилом правого гвинта відносно напряму струму у контурі):
Тоді в загальному вигляді обертальний момент сил, що діють на контур зі струмом:
.
Обертальний момент сил максимальний, якщо (площина рамки розташована вздовж ліній індукції магнітного поля) і дорівнює нулю, коли
. Вміщений у магнітне поле контур зі струмом під дією обертального моменту буде намагатися прийняти таке положення, щоб вектори
і
стали паралельними і однаково направленими. Таке положення відповідає стійкій рівновазі.
Якщо площина контуру зі струмом перпендикулярна лініям індукції магнітного поля, то
(на рис. точками позначено напрям вектора
на нас). Сила Ампера, яка у цьому разі діє на кожну сторону контуру зі струмом, лежить у площині контуру і, залежно від взаємного направлення
та
, буде спрямована назовні або всередину контуру. Тобто контур зі струмом під дією цих сил або розтягуватиметься, або стискуватиметься, але обертальний момент дорівнюватиме нулю.
Плоский контур зі струмом у неоднорідному магнітному полі, окрім обертальної дії та деформації зазнає ще й додаткових дій, що зумовлюють переміщення контуру в бік збільшення або зменшення магнітної індукції залежно від напряму струму
. У випадку зображеному на рис. , контур буде втягуватиметься в область збільшення індукції
магнітного поля (переміщуватиметься ліворуч). Результуюча сила з якою магнітне поле втягує або виштовхує контур зі струмом:
,
де – потенціальна енергія контуру зі струмом у магнітному полі.
Контури зі струмом використовують у приладах для вимірювання індукції магнітного поля за відомим значенням обертального моменту сил користуючись формулою
.