📜  矩形电流回路上的转矩

📅  最后修改于: 2022-05-13 01:56:15.886000             🧑  作者: Mango

矩形电流回路上的转矩

扭矩是可以使物体绕轴扭转的力。力是导致物体在线性运动学中加速的原因。角加速度也是由扭矩引起的。因此,扭矩可以定义为线性力的旋转当量。项目旋转的点称为旋转轴。在物理学中,扭矩是力转动或扭曲的趋势。扭矩可以用多种方式表示,包括力矩和力矩。在这篇文章中,我们将研究如何在均匀磁场中计算载流矩形线环上的扭矩。

矩形电流回路上的转矩

电流环转矩说明

当您对物体施加压力时,它会移动或施加一定的力。例如,从瓶子上旋下瓶盖、从包装上取下盖子、打开门把手、系鞋带等等。这是一种旋转运动,它是一种带有一些运动的扭矩运动。如果没有掌握扭矩的概念,就没有运动。扭矩是一个短语,指的是所有物品都具有的旋转运动,没有它我们将无法正常操作。

扭矩的公式是 τ = F × r,因为扭矩等于导致运动或旋转的扭转力。当根据旋转中心和施加力的位置之间的距离 (r) 向项目施加力 (f) 时,使用此公式。为了检测扭矩的方向,根据右手定则,学生应将右手手指向电流方向弯曲,拇指应伸出并指向区域矢量。

矢量形式的矩形电流回路方程上的转矩

考虑一个矩形线圈 PQRS 悬挂在具有均匀磁场的感应场 B 中。令 PQ = RS = l 和 QR = SP = b 为两个变量。令 I 表示沿 PQRS 方向流过线圈的电流,令 θ 为线圈平面与磁场方向形成的角度。这些力将作用在线圈的四个臂上。

结论

由于该扭矩,线圈沿其自身的轴旋转。它的值根据线圈平面和磁场方向形成的角度而变化。

  • 如果电偶极子在电场中,则扭矩变为, \vec τ  = \vec P \times \vec E ,其中,P 是电偶极矩,E 是电场。
  • 如果磁偶极子处于磁场中,则扭矩变为, \vec τ  = \vec M \times \vec B ,其中,M 是磁偶极矩,B 是磁场。

示例问题

问题 1:40 厘米宽的手柄在其边缘被 2N 的力释放时可以产生的最大扭矩是多少?

解决方案:

问题 2: 一个短棒形磁铁在 30 o的轴和 0.25 T 的均匀外部磁场下承受 4.5 × 10 -2 J 大小的扭矩。磁铁的磁矩有多大?

解决方案:

问题 3:具有 2 × 10 5 N/C 强度的电偶极子设置在 30 o角。它承受 4 Nm 的扭矩。偶极子上有 2 cm 的电荷。

解决方案:

问题4:在强度为0.8 Weber/m 2的均匀磁场中,垂直悬挂一个长0.56 m、宽0.2 m、绕40匝导线的矩形线圈。 6 A 的电流流过线圈。如果线圈平面与磁场方向成 90角,则保持线圈稳定平衡所需的扭矩为。

解决方案:

问题 5:如果一扇门的宽度为 80 厘米,并在其边缘被 2 N 的力释放,计算门产生的扭矩。

解决方案:

问题 6:轴为 90 度的短条形磁铁,在0.27 T 的均匀外部磁场下,会产生 2.51 × 10 2 J 的扭矩。磁铁的磁矩是多少?

解决方案:

问题 7:获得在均匀磁场 B 中的矩形载流外观的转矩表达式。指出环路的转矩方向。

解决方案: