Enunciado
Física - Young and Freedman - Vol 3- Ed: 12º - Capítulo 29.Exercício - Ex. 29
29- O campo magnético no interior de um solenoide retilíneo longo, com seção reta circular de raio , está crescendo com uma taxa .
Qual é a taxa de variação do fluxo magnético através de um círculo de raio no interior do solenoide, perpendicular ao eixo do solenoide e centralizada sobre seu eixo?
Calcule o módulo do campo elétrico induzido no interior do solenoide, a uma distância de seu eixo. Mostre a direção e o sentido desse campo em um diagrama.
Qual é o módulo do campo elétrico fora do solenoide, a uma distância de seu eixo?
Faça um gráfico do campo elétrico induzido em função da distância de seu eixo, desde até
Qual é o módulo da fem induzida em uma espira circular de raio igual a que possui centro sobre o eixo da solenoide?
Qual será o módulo da fem induzida, se o raio da espira do item for igual a ?
E se o raio da espira do item for igual a ?
Passo 1
O fluxo magnético dentro de um corpo qualquer é calculado por:
E como o corpo tem área constante então a variação de fluxo magnético de acordo com a variação do campo magnético será de:
Como o nosso corpo para a letra é um círculo de raio (dentro da solenoide ainda) então a variação do fluxo magnético será :
Passo 2
Já o cálculo para o módulo do campo elétrico será pela lei de Faraday:
Onde será o comprimento do círculo que dista do eixo do cilindro onde passa a solenoide e onde , então teremos que , então:
Então o módulo do campo elétrico será:
Tirando o módulo
Passo 3
Já o campo elétrico a uma distância :
Pois o fluxo magnético para fora do corpo é o fluxo magnético produzido pelo raio do solenoide, ou seja
Passo 4
O gráfico do campo elétrico (para a letra ) tende a crescer numa reta onde vai de até e depois que chega a o mesmo decai num valor de , com sendo uma constante e indo de até infinito nos dando um gráfico parecido com:
Considere como uma constante.
Passo 5
Na letra , como estamos dentro da solenoide , então a fem será de:
Tirando o módulo:
E para a letra caso o raio seja igual a teremos:
E caso seja :
Pois a fem depende exclusivamente da área da espira que selecionamos, não tem o comprimento dela como no campo elétrico