Завдання 15.2
Доведення напрямку обертання рамкиДоведіть, що в положеннях і рамки (див. рис. 15.2) сили Ампера обертатимуть рамку за ходом годинникової стрілки.
Розв’язання
Розглянемо положення . Струм тече від позитивного полюсу батареї () через щітки до рамки. Припустимо, що лівий провідник рамки знаходиться ближче до нас і струм тече вгору, а правий — віддаляється від нас і струм тече вниз (або навпаки, залежно від конкретної схеми підключення на малюнку, але суть полягає в протилежності напрямків).
Застосуємо правило лівої руки: долоня повернута в бік північного полюса магніту (), великий палець показує напрямок струму. У лівому провіднику сила Ампера спрямована вгору, у правому — вниз.
Ці сили створюють момент обертання навколо осі рамки, який повертає її за ходом годинникової стрілки.
Розглянемо положення . Рамка прокрутилася на півкола. Щітки колектора перестрибнули на інші півкільця, і напрямок струму в рамці змінився на протилежний (тепер у лівому провіднику струм тече вниз, а в правому — вгору).
Знову застосовуємо правило лівої руки: оскільки напрямки струму змінилися, а напрямок магнітного поля залишився незмінним, то й сили Ампера також змінять свій напрямок (тепер у лівому провіднику сила спрямована вниз, у правому — вгору).
Однак, оскільки рамка знаходиться з іншого боку від осі обертання, зміна напрямку сил призводить до того, що момент сили все одно повертає рамку за ходом годинникової стрілки.
У положеннях і рамки сили Ампера діють так, що створюють момент обертання навколо осі, спрямований за ходом годинникової стрілки, тому рамка продовжує обертатися в цьому напрямку.