Консультация № 170832
27.07.2009, 12:36
0.00 руб.
0 3 1
В однородном магнитном поле с индукцией В=0,5 Тл расположено проволочное кольцо с радиусом R=0,5 м, по которому течёт ток I=1 А. Магнитное поле перпендикулярно плоскости кольца. Найти силу натяжения проволоки. Принять во внимание, что собственное магнитное поле кольца значительно меньше внешнего поля.

Обсуждение

давно
Модератор
156417
2175
29.07.2009, 16:19
общий
02.08.2009, 04:04
это ответ
Здравствуйте, STASSY.
На каждый небольшой фрагмент кольца, дуга которого составляет d[$966$] и длина dl=R*d[$966$], действует сила dF=I*B*dl=I*B*R*d[$966$], направление которой совпадает с направлением радиуса в данной точке.
Теперь рассмотрим полукольцо с таким же током в таком же магнитном поле. Не трудно догадаться, что по причине симметричности сила, действующая на полукольцо, будет направлена перпендикулярно его диаметру. При этом проэкция силы, действующей на дугу d[$966$], на перпендикуляр к диаметру составляет dFx=I*B*R*sin[$966$]*d[$966$]
Чтобы рассчитать силу, действующую на полукольцо, проинтегрируем данное выражение от 0 до [$8719$]
F=0[$8719$][$8747$]I*B*R*sin[$966$] d[$966$]=I*B*R*0[$8719$][$8747$]sin[$966$] d[$966$]=I*B*R*(-cos[$8719$]-(-cos0))=2*I*B*R

Всё кольцо может быть рассмотрено как система из 2-х полуколец, сцепленных в 2-х точках. Определим силу натяжения в этих точках. Так как на каждое полукольцо действует сила F и направления этих сил противоположны, сила, стремящаяся разделить полукольца также составляет F, при этом она равномерно распределена между обеими точками соединения. Сила натяжения в одной из этих точек (а также в любой другой точке кольца) составляет F1=F/2=I*B*R=0.25 Н Откуда взялось это Н? Надо пояснить.

Силу, стремящуюся разделить кольцо на 2 полукольца можно определить и по-другому. Представим превращение кольца в овал

Энергия контура с током в магнитном поле может быть рассчитана по формуле
|E|=I*B*S
При растягивании на dl енергия изменяется на на dE=I*B*dS=I*B*2R*dl
Сила равна отношению измения энергии к расстоянию F=dE/dl=2*I*B*R
Дальнейшее рассуждение (о том, что сила натяжения в 2 раза меньше) такое же, как в предыдущей части.
Неизвестный
02.08.2009, 09:27
общий
Все-таки непонятно, почему F1=F/2
давно
Советник
165461
578
07.08.2009, 10:38
общий
Химик CH:
Силу натяжения можно посчитать немного проще, если не разделять кольцо на половинки,
а растягивать его без изменения формы. Работа сил Ампера при растяжении кольца равна
dA1 = d(I*B*S) = I*B*2*п*R*dR.
Работа упругих сил
dA2 = F*dL = F*2*п*dR,
где F - сила натяжения в поперечном сечении кольца.
Так как силы Ампера уравновешиваются упругими силами, то, согласно принципу виртуальной работы,
dA1 = dA2.
Отсюда находим
F = I*B*R.

Похожая задача о натяжении кольцевой цепи, надетой на конус, есть в "Фейнмановских лекциях по физике" (номер в задачнике 4.8).
Форма ответа