Прямолинейный провод в магнитном поле
Силовое воздействие магнитного поля на проводники с током широко используется в электродвигателях и некоторых электромагнитных механизмах.
Электромагнитная сила действующая на проводник с током расположенный в магнитном поле перпендикулярно его направлению, определяется по формуле:
Направление электромагнитной силы определяется по правилу левой руки (рис. 1): если ладонь левой руки расположена так, что вектор магнитной индукции входит в нее, вытянутые четыре пальца совпадают с направлением тока, то отогнутый под прямым углом большой палец левой руки указывает направление электромагнитной силы.
Прямолинейный провод длиной ⌊ с током I расположен в однородном магнитном поле в плоскости, перпендикулярно полю (рис. 2). Если этот провод под действием электромагнитной силы переместится параллельно самому себе в указанной плоскости на расстояние b, то он пересечет магнитный поток:
При этом электромагнитной силой будет совершена механическая работа:
Таким образом, механическая работа, совершенная за счет энергии источника питания силами взаимодействия поля и тока при перемещении провода, равна произведению тока и магнитного потока, пересеченного проводом.
Рассмотрим пример — провод с активной длиной 20 см и током 300А расположен в однородном магнитном поле с индукцией 1,2 Т.
Определим электромагнитную силу, которая действует на провод, если он расположен в плоскости, перпендикулярно полю:
Второй пример — определим работу при перемещении провода длиной 30 см на расстояние 20 см в плоскости, перпендикулярно полю, если поле однородно с индукцией 1,5 Т, а ток в проводе 200 А.
Находим магнитный поток:
Работа совершенная при перемещении провода:
Контур в магнитном поле
Стороны прямоугольной катушки — рамки с током (рис. 3), расположенные перпендикулярно плоскости рисунка, находятся в однородном поле. Электромагнитные силы F создают вращающийся момент. Под действием этого момента рамка стремится занять положение, при котором эти силы взаимно уравновесятся (рис. 4), при этом рамка будет пронизываться наибольшим магнитным потоком. Из этого следует, что контур с током, расположенный в магнитном поле, под действием электромагнитных сил стремится занять положение в котором магнитный поток, пронизывающий контур, будет наибольшим.
Источник — Попов В.С., Николаев С.А. Общая электротехника с основами электроники. (1972)