Виток с током в однородном и неоднородном магнитных полях. Магнитный момент витка с током.

Виток с током I характеризуется магнитным моментом:
Рm = IS,  где S – площадь витка.

 
 

Поле оказывает на контур ориентирующее действие, устанавливая его положительной нормалью в определенном направлении.

За положительное направление нормали принято считать направление, связанное с током правилом правого винта (или буравчика): если винт вращать по направлению тока в контуре, то продольное перемещение винта будет происходить в направлении нормали (см.рис.4). 

 Если направления нормали и поля не совпадают, возникает вращательный момент,. Величина момента зависит от угла α между нормалью и направлением поля, достигая наибольшего значения Мmах при α = π/2 (при α = 0 момент равен нулю).

Величина Мmах пропорциональна силе тока I в контуре и площади контура S 

Рm = IS,                                                             

Эту величину называют магнитным моментом контура (аналогично вращательный момент, действующий в электрическом поле на диполь, пропорционален электрическому моменту диполя р = ql).  Магнитный момент – векторная величина, направленная по нормали к контуру n. 

Контур характеризуется также ориентацией в пространстве, поэтому магнитный момент следует рассматривать как вектор, направление которого совпадает с направлением положительной нормали:

pm = pm n

(n – единичный вектор).

Отношение Мmах/ pm  в определенной точке поля   называется магнитной индукцией:

Рассмотрим  виток с током, помещенный в однородное магнитное поле. 

При помещении контура с током во внешнее однородное магнитное поле на каждый элемент контура  будет действовать сила Ампера. Если контур симметричный и плоский (кольцо, прямоугольник и т.д.), то силы Ампера, действующие на диаметрально противоположные участки контура, представляются "парой сил" и поворачивают контур так, что его плоскость устанавливается перпендикулярно вектору . Другими словами, на плоский симметричный контур со стороны однородного магнитного поля действует вращающий момент:

или

.

Контур будет поворачиваться до тех пор, пока момент М не станет равен нулю, а это возможно только при

,

т.е. плоскость контура перпендикулярна вектору .

Рамка, находящаяся в неоднородном поле (вид сверху). 

 

Если внешнее поле неоднородное, то на виток с током действует не только вращающий момент, но и дополнительная сила, которая втягивает виток в область более сильного поля. Так, если градиент поля направлен вдоль оси х (т.к. ):

,

то

.

В наиболее простом случае симметричной неоднородности поля и ориентации нормали витка вдоль оси симметрии действующие на виток  силы вызывают движение рамки в область наибольшей магнитной индукции поля, куда направлена равнодействующая сил F1 и F2, действующих на боковые стороны.