Considere uma espira quadrada com resistência
e lados
está contida no plano
e tem velocidade
na direção
. Considere que em
, a espira já penetra uma distância
na região com um campo magnético, sendo que
. O campo magnético da região é dado por
, onde
e
são constantes.
Se ao invés da espira estar entrando na região que tem campo magnético, ela estivesse saindo, o que ocorre com os valores de direções da corrente e da força magnética?
Se ao invés da espira estar entrando na região que tem campo magnético, ela estivesse saindo, o que ocorre com os valores de direções da corrente e da força magnética?
Passo 1
Beleza, vamos entender o que a questão está pedindo. Temos uma espira quadrada com resistência
e lados de comprimento
, que está no plano
e se movendo na direção positiva do eixo
com velocidade
. Quando a espira entra na região com um campo magnético
, ela penetra uma distância
em um tempo
. A pergunta quer saber o que acontece com a direção da corrente e da força magnética se, ao invés de entrar, a espira estiver saindo da região com o campo magnético. Para resolver isso, vamos precisar entender a Lei de Faraday da Indução e a Lei de Lenz, que nos dizem como correntes são induzidas por mudanças no fluxo magnético.
Passo 2
Primeiro, vamos lembrar que a Lei de Faraday nos diz que uma variação no fluxo magnético através da espira induz uma força eletromotriz (f.e.m.)
na espira, que pode ser calculada por:
onde
é o fluxo magnético, dado por:
Como o campo magnético
é constante e a espira está se movendo, o fluxo muda devido à variação da área da espira na região do campo magnético.
Passo 3
Quando a espira está entrando na região com o campo magnético, a área dentro do campo magnético está aumentando, o que significa que o fluxo magnético está aumentando. Pela Lei de Lenz, a corrente induzida vai se opor a esse aumento, criando um campo magnético que atua contra o campo externo. Isso define a direção da corrente.
Agora, se a espira está saindo da região com o campo magnético, a área dentro do campo magnético está diminuindo, ou seja, o fluxo magnético está diminuindo. Pela Lei de Lenz, a corrente induzida agora vai tentar manter o fluxo magnético, ou seja, criar um campo magnético no mesmo sentido do campo externo.
Passo 4
Para determinar a direção da corrente, usamos a regra da mão direita. Quando a espira está saindo, e o fluxo diminui, a corrente induzida cria um campo que tenta aumentar o fluxo novamente. Isso significa que a corrente terá uma direção oposta àquela quando a espira estava entrando.
Quanto à força magnética, lembrando que a força em um condutor com corrente em um campo magnético é dada pela Lei de Lorentz:
A direção da força depende da direção da corrente e do campo magnético. Como a corrente muda de direção, a força magnética também inverte sua direção.
Resposta
Quando a espira está saindo da região com campo magnético, a corrente induzida inverte sua direção em relação ao caso de entrada, e a força magnética também muda de direção. Ou seja, tanto a direção da corrente quanto a direção da força magnética são invertidas quando a espira sai da região com o campo magnético.