Робота переміщення провідника і контуру зі струмом у магнітному полі
На провідник зі струмом у магнітному полі діє сила Ампера. Якщо провідник не закріплено, то під впливом сили Ампера він переміщуватиметься у магнітному полі.
Обчислимо роботу dA, виконану силою Ампера при переміщенні елемента dl провідника зі струмом І у магнітному полі (рис. 113).
Елемент провідника переміщується в напрямку сили , яка діє на нього. Робота dА дорівнює:
.За законом Ампера
.Тоді
.Сила
і переміщення
напрямлені перпендикулярно до елемента провідника
.Добуток
– площа поверхні, яка описана елементом провідника dl при його переміщенні на dx.З рис. 113 видно, що
– проекція вектора
на напрямок нормалі
до площини dS.Добуток
– магнітний потік крізь поверхню dS. Тоді
.Вважаючи силу струму сталою і, інтегруючи цей вираз, отримаємо
.Робота, яку виконує сила Ампера при переміщенні в магнітному полі провідника, струм в якому постійний, дорівнює добутку сили струму на величину магнітного потоку крізь поверхню, яку описує провідник під час свого руху.Знайдемо вираз для роботи, яку виконують сили Ампера при переміщенні в магнітному полі замкненого контуру, по якому проходить постійний струм І.Нехай внаслідок нескінченно малого переміщення контур С зайняв положення
(рис. 114).
Контур С уявно розіб'ємо на два з'єднані своїми кінцями провідники AMD i DNA. Повна робота dA, виконана силами Ампера при розглядуваному переміщенні контуру, дорівнює алгебраїчній сумі робіт переміщення провідників AMD( ) i DNA(
), тобто
.Припустимо, що вектор
магнітної індукції напрямлений перпендикулярно до площини рисунка і в початковому положенні контуру дорівнює
, а в кінцевому –
, причому
.Сила Ампера
, що діє на довільний елемент
, утворює гострий кут з напрямком його переміщення
і виконує позитивну роботу.Сила
, що діє на елемент
провідника AMD, утворює з напрямком його переміщення
тупий кут і виконує негативну роботу, тому роботи
i
переміщення провідників AMD i DNA мають різні знаки. Щоб отримати абсолютні значення роботи
i
, треба продиференціювати вираз
. Тому
де
– магнітний потік крізь поверхню AMD
;
– крізь поверхню AND
;
– зміна магнітного потоку, що пронизує поверхню, обмежену контуром, при переміщенні контуру з положення С в положення
.Остаточний вираз для елементарної роботи dA буде
. Інтегруючи цей вираз, знайдемо роботу А, яку виконує сила Ампера при будь-якому переміщенні контуру в магнітному полі
.Робота, яку виконуює сила Ампера при переміщенні в магнітному полі замкненого контуру, по якому проходить постійний струм, дорівнює добутку сили струму на зміну магнітного потоку крізь поверхню, обмежену контуром.