3.4.4. Силы, действующие на круговой ток

Пусть дан замкнутый проводящий контур в виде рамки, по которому течет ток I, помещенный в однородное магнитное поле В. Поле в зависимости от его ориентации по отношению к контуру, по-разному воздействует на него.

Силы Ампера, действующие на разные участки контура, перпендикулярны одновременно и направлению вектора B, и сторонам рамки.

При этом на горизонтальные стороны рамки будут действовать силы в плоскости рамки, стремящиеся сжать либо растянуть ее (в зависимости от направления протекания тока).

На вертикальные стороны будут действовать противоположные силы под углом a к плоскости рамки, которые будут стремиться привести ее во вращение: образуют пару сил_, создающее вектор момента сил M = IS[nB], направленный перпендикулярно вектору В и нормали плоскости контура, вдоль оси вращения.

Момент силы не зависит от координат выбранной точки и определяется только площадью контура. Введя p_m = ISn - магнитный момент тока, протекающего по контуру, направление которого совпадает с направлением нормали к контуру:

M=[ p_m B], M=F_ab= b IB,

sina=IBS, F_a=Iba sina

Работа, которую необходимо совершить для поворота контура на угол da:

dА = M da = p_m В sin a da.

Эта работа затрачивается на изменение положения контура в пространстве, то есть изменяет потенциальную энергию контура dА=dU. При повороте контура на конечный угол потенциальная энергия изменяется на величину:

U =dU = p_m В sin a da = - p_m В cos a + U₀

Выбрав величину U₀ за начало отсчета, получим, что потенциальная энергия контура с током во внешнем поле:

U = - p_m В cos a = - p_m В_.

Как и для электрических диполей в электрическом поле, выражение принимает наименьшее значение при ориентации магнитного момента параллельно вектору магнитной индукции. Магнитное поле заставляет контур с электрическим током поворачиваться до тех пор, пока направление нормали к плоскости контура не совпадет с направлением В.