Enunciado

87- Uso da Lei de Gauss do magnetismo. Em uma certa região do espaço, o campo magnético B → não é uniforme. O campo magnético possui um componente z e outro componente que aponta para fora ou para dentro do eixo O z . O componente z é dado por B z z = β z , em que β é uma constante positiva. O componente radial B r depende somente de r , a distância radial até o eixo O z .

( a ) Use a Lei de Gauss para o magnetismo, dada pela Equação ( 27.8 ) , para determinar o componente B r em função de r . (Sugestão: experimente uma superfície gaussiana cilíndrica de raio r concêntrica com o eixo O z , com uma extremidade em z = 0 e a outra no ponto z = L ).

( b ) Faça um desenho mostrando as linhas do campo magnético.

Passo 1

A equação 27.8 nos diz que:

∮ B → . d A → = 0

Então é como se tivéssemos que a somatória dos fluxos magnéticos em todas as área é igual a zero, e o corpo cilíndrico é composto por três áreas. Que são as duas áreas circulares de cima e a de baixo mas o seu corpo, porém não vamos contar o fecho circular de baixo pois a componente z do campo magnético será nulo, o que nos deixa com:

∑ B → . A → = B t o p o ⋅ A t o p o + B c o r p o ⋅ A c o r p o

Onde B t o p o = β L ; A t o p o = π r 2 e B c o r p o = β r ; A c o r p o = L × 2 π r

Pois a componente radial β r depende somente do raio do corpo.

Então:

∑ B → . A → = β L × π r 2 + β r × L 2 π r = 0

Então β r valerá:

β r = - β L π r 2 2 π r L = - β r 2

Passo 2

Visto no plano x - y nós temos:

E vendo o eixo z nós temos:

Um possível campo magnético possível é:

B = x 2 + y 2 1 2 sen ⁡ tan - 1 ⁡ y x i + x 2 + y 2 1 2 cos ⁡ tan - 1 ⁡ y x j + β z k

Resposta

a ) β r = - β r 2

b )   P a s s o   2

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