Определить силы F1, F2, F3, F4, действующие на каждую сторону рамки из-за взаимодействия с магнитным полем

Этот вопрос относится к предмету "Физика", раздел "Электромагнетизм". Здесь рассматриваются силы, действующие на проводник в магнитном поле.

Дано:

• Ток в длинном проводе I₁ = 4 А.
• Ток в рамке I₂ = 2 А.
• Сторона рамки a = 10 см = 0,1 м.

Задача: Определить силы F₁, F₂, F₃, F₄, действующие на каждую сторону рамки из-за взаимодействия с магнитным полем, созданным прямым проводом.

Чтобы найти силу, действующую на проводник в магнитном поле, можно использовать формулу:

F = I * L * B, где:

• I — ток в проводнике,
• L — длина проводника,
• B — индукция магнитного поля.

Магнитное поле B от длинного прямого провода на расстоянии r определяется формулой:

B = (μ₀ * I) / (2πr), где:

• μ₀ — магнитная постоянная (4π * 10⁻⁷ Тл·м/А).

1. Сила F₁ и F₃ (параллельные проводу):

Формула: F = I₂ * a * B.

Расстояние до провода для F₁: r = a (0,1 м).

Расстояние до провода для F₃: r = 2a (0,2 м).

Вычисляем индукцию:

• B₁ = (4π * 10⁻⁷ Тл·м/А * 4 А) / (2π * 0,1 м) = 8 * 10⁻⁶ Тл.
• B₃ = (4π * 10⁻⁷ Тл·м/А * 4 А) / (2π * 0,2 м) = 4 * 10⁻⁶ Тл.

Вычисляем силы:

• F₁ = 2 А * 0,1 м * 8 * 10⁻⁶ Тл = 1,6 * 10⁻⁶ Н.
• F₃ = 2 А * 0,1 м * 4 * 10⁻⁶ Тл = 0,8 * 10⁻⁶ Н.

2. Сила F₂ и F₄ (перпендикулярные проводу):

Так как стороны перпендикулярны магнитному полю, на них силы не действуют.

• F₂ = 0 Н.
• F₄ = 0 Н.

Суммируя:

• F₁ = 1,6 * 10⁻⁶ Н (отталкивание, так как токи противоположны, а одноименны).
• F₃ = 0,8 * 10⁻⁶ Н (притяжение).
• F₂ = 0 Н.
• F₄ = 0 Н.

Рамка испытывает результирующую силу и может иметь вращение из-за разной величины сил F₁ и F₃.