Em um experimento magneto-óptico, uma amostra de líquido contida em um frasco esférico de 10 mL é colocada em presença de um campo magnético altamente uniforme, e um feixe de laser é direcionado para a amostra. Qual dos seguintes dispositivos deve ser usado para criar o campo magnético uniforme exigido pelo experimento?
c) Um solenoide de 2 cm de diâmetro e 10 cm de comprimento, feito com um fio de calibre 18 enrolado apertadamente.
c) Um solenoide de 2 cm de diâmetro e 10 cm de comprimento, feito com um fio de calibre 18 enrolado apertadamente.
Passo 1
Beleza, vamos resumir o que o exercício está pedindo. Estamos em um experimento magneto-óptico onde temos um frasco esférico de 10 mL contendo um líquido. Esse frasco é colocado em um campo magnético super uniforme, e um laser é direcionado para ele. A pergunta é: qual dispositivo devemos usar para criar esse campo magnético uniforme? Neste caso, estamos olhando para a opção c) que fala sobre um solenoide de 2 cm de diâmetro e 10 cm de comprimento, feito com fio de calibre 18 enrolado apertadamente. Vamos precisar entender como funcionam os solenoides e como eles geram campos magnéticos para decidir se essa é a melhor escolha.
Passo 2
Primeiro, vamos lembrar o que é um solenoide. Um solenoide é basicamente uma bobina de fio enrolada em espiral, geralmente em forma cilíndrica. Quando passamos uma corrente elétrica por ele, ele gera um campo magnético ao seu redor. A fórmula para o campo magnético
dentro de um solenoide longo e com muitas voltas é dada por:
onde:
-
é a permeabilidade do vácuo ( ), -
é o número de voltas por unidade de comprimento, -
é a corrente elétrica que passa pelo fio.
Esse campo é considerado bastante uniforme no interior do solenoide, especialmente se ele for longo comparado ao seu diâmetro.
Passo 3
Agora, vamos analisar as dimensões do solenoide mencionado na opção c). Ele tem 2 cm de diâmetro e 10 cm de comprimento. Isso significa que não é muito longo em comparação com seu diâmetro, o que pode afetar a uniformidade do campo magnético gerado. Quanto mais longo for o solenoide, mais uniforme será o campo no seu interior. Além disso, o diâmetro pequeno pode limitar a área onde o campo é uniforme, o que é importante considerando que o frasco tem 10 mL, provavelmente com um diâmetro de cerca de 2,15 cm.
Passo 4
Considerando que o solenoide tem 10 cm de comprimento e 2 cm de diâmetro, ele pode não ser suficientemente longo para garantir um campo magnético altamente uniforme em todo o volume do frasco de 10 mL. Em situações onde se exige uma uniformidade extrema, como em alguns experimentos magneto-ópticos, geralmente se prefere usar bobinas de Helmholtz, que são duas bobinas iguais separadas por uma dist��ncia igual ao seu raio. Isso cria um campo mais uniforme do que um solenoide comum.
Resposta
Não, o solenoide descrito na opção c) provavelmente não é o dispositivo mais adequado para criar o campo magnético altamente uniforme exigido pelo experimento. Seria melhor utilizar um conjunto de bobinas de Helmholtz para garantir uma uniformidade maior do campo magnético na região do frasco.
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