25. Электродинамика: расчетная задача высокого уровня: #209186
Квадратная рамка со стороной $l = 10 \space \text{см} = 0.1 \space \text{м}$ подключена к источнику постоянного тока серединами своих сторон. На участке $AC$ течет ток $I = 2 \space \text{A}.$ Сопротивление всех сторон рамки одинаково. В однородном магнитном поле, вектор индукции которого направлен перпендикулярно плоскости рамки, результирующая сила Ампера, действующая на рамку, $F = 80 \space \text{мН} = 0.08 \space \text{Н}.$ Определите модуль вектора индукции магнитного поля $B.$
$1.$ Сопротивления верхней и нижней частей рамки равны, поэтому ток в них одинаков и равен половине тока на участке $AC$: $I_1 = I_2 = \dfrac{I}{2} = 1 \space \text{A}.$
$2.$ Силы Ампера, действующие на боковые части рамки, компенсируются, так как токи в них равны по величине и противоположны по направлению.
$3.$ На верхнюю часть рамки действует сила Ампера: $$F_{A1} = B I_1 l = B \cdot \frac{I}{2} \cdot l$$ $4.$ На нижнюю часть рамки действует сила Ампера: $$F_{A2} = B I_2 l = B \cdot \frac{I}{2} \cdot l$$ $5.$ Равнодействующая всех сил Ампера равна сумме этих двух сил: $$F = F_{A1} + F_{A2} = B \cdot \frac{I}{2} \cdot l + B \cdot \frac{I}{2} \cdot l = B I l$$ $6.$ Выражаем индукцию магнитного поля: $$B = \frac{F}{I l}$$ $7.$ Подставляем числовые значения: $F = 0.08 \space \text{Н},$ $I = 2 \space \text{А},$ $l = 0.1 \space \text{м}{:}$ $$B = \frac{0.08}{2 \cdot 0.1} = \frac{0.08}{0.2} = 0.4 \space \text{Тл}$$ Ответ: модуль вектора индукции магнитного поля равен $0.4 \space \text{Тл}.$