Uma bobina circular de 12 voltas tem um raio de
; um fio isolado, de comprimento suposto infinito, está contido no plano da bobina e passa pelo seu centro. A corrente que atravessa a bobina e o fio vale
. Qual o ângulo que o campo magnético total, criado pelo fio e pela bobina, faz com a direção do eixo da bobina, em um ponto sobre o eixo da bobina a uma altura de 51 cm do seu centro?
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício de magnetismo! A gente tem uma bobina circular com 12 voltas e raio de 12,1 cm, além de um fio reto que passa pelo centro da bobina. A corrente que passa tanto pela bobina quanto pelo fio é de 1,21 A. Queremos encontrar o ângulo entre o campo magnético total gerado pela bobina e pelo fio e a direção do eixo da bobina, em um ponto específico no eixo a 51 cm do centro. Para isso, vamos precisar das fórmulas do campo magnético de uma bobina e de um fio retilíneo.
Passo 2
Primeiro, vamos calcular o campo magnético gerado pela bobina no ponto desejado. A fórmula para o campo magnético no eixo de uma bobina circular é:
Onde:
-
é a permeabilidade do vácuo ( ) -
é o número de voltas da bobina (12) -
é a corrente (1,21 A) -
é o raio da bobina (12,1 cm = 0,121 m) -
é a distância do ponto ao centro da bobina (51 cm = 0,51 m)
Vamos substituir os valores na fórmula:
Passo 3
Agora, vamos calcular o campo magnético gerado pelo fio retilíneo no mesmo ponto. A fórmula para o campo magnético a uma distância
de um fio longo e retilíneo é:
Aqui,
é a distância do ponto ao fio. Como o fio passa pelo centro da bobina e estamos no eixo a 0,51 m do centro,
. Substituindo os valores:
Passo 4
Agora que temos os dois campos magnéticos, precisamos somá-los vetorialmente. A bobina gera um campo na direção do eixo, enquanto o fio gera um campo circular ao redor dele. No ponto considerado, os campos orientam-se de forma que precisamos calcular a direção resultante.
Vamos chamar o campo da bobina de
e o campo do fio de
. O ângulo
entre o campo total
e o eixo da bobina é dado por:
Resposta
Após realizar os cálculos, o ângulo
entre o campo magnético total e a direção do eixo da bobina é aproximadamente
.