Um disco fino não condutor de massa e raio tem uma carga superficial uniforme por unidade de área e gira com velocidade em torno de seu eixo. Encontre o momento magnético do disco.
Passo 1
Primeiro, vamos entender o que o problema está pedindo. Temos um disco não condutor com massa e raio , carregado de forma uniforme com densidade de carga superficial . Esse disco está girando com velocidade angular . Nosso objetivo é encontrar o momento magnético desse disco.
Para resolver isso, vamos precisar usar conceitos de eletromagnetismo, especialmente relacionados ao momento magnético de distribuições de corrente. Vamos também precisar entender como a carga em movimento gera uma corrente elétrica.
Passo 2
Como o disco está girando, as cargas elétricas na superfície do disco estão em movimento circular, o que efetivamente cria uma corrente elétrica. Para encontrar o momento magnético, primeiro precisamos determinar essa corrente.
A densidade de carga superficial é , então a carga total no disco é:
Passo 3
As cargas estão se movendo com uma velocidade tangencial devido à rotação do disco. A velocidade tangencial em um ponto a uma distância do centro é:
Essa velocidade gera uma corrente elétrica. Para encontrar a corrente total, consideramos que a corrente é a carga que passa por um ponto por unidade de tempo.
Passo 4
A corrente diferencial em um anel de raio e espessura é dada por:
Para encontrar a corrente total , integramos de a :
Passo 5
Agora que temos a corrente total, podemos calcular o momento magnético usando a fórmula:
onde é a área do disco. A área do disco é , então: