Enunciado

Uma corrente de 100 A circula em uma espira supercondutora com 2,0 mm de diâmetro.

  1. Qual é o momento de dipolo magnético da espira?
  2. Qual é a intensidade do campo sobre o eixo da espira a 5,0   c m da mesma?

Passo 1

Faaaaaala, galera... Tranquileba??

Precisamos definir primeiro a equação do dipolo magnético. Assim, achemos o campo magnético em função de seu dipolo. Cola comigo!

Seja uma espira ideal:

Então:

Vemos que as componentes em x e y se cancelam, sobrando somente em z.

Sabendo que a lei de bio-savart é:

B → = B x + B y + B z = 0 + 0 + B z = B cos ⁡ θ

d B = μ 0 4 π I   Δ s × r v e r s o r r 2 cos ⁡ θ

Veja que:

Δ s * r v e r s o r sin ⁡ 90 ° = 1 = Δ s

Assim:

d B = μ 0 4 π I Δ s r 2 cos ⁡ θ

E que:

r = R 2 + z 2

E também:

cos ⁡ θ = R r = R R 2 + z 2

Assim ficando:

d B = μ 0 4 π I Δ s R 2 + z 2   R R 2 + z 2 = μ 0 4 π I R   Δ s R 2 + z 2 3 2

Integrando sobre toda a espira:

B = μ 0 4 π I R R 2 + z 2 3 2 ∫ 0 2 π R Δ s = μ 0 4 π I R R 2 + z 2 3 2 2 π R

Concluímos que o campo magnético sobre uma espira é:

B e s p i r a = μ 0 2 I R 2 R 2 + z 2 3 2                 ( 0.1 )

Tomando à parte:

R 2 + z 2 3 2 = z 2 R z 2 + 1 3 2

Tomando a aproximação de que z ≫ R :

R 2 + z 2 3 2 → z ≫ R → z 3

Assim, tomando o campo magnético na espira para z ≫ R :

B e s p i r a = μ 0 2 I R 2 z 3

Multiplicando por 2 π em cima e em baixo:

B e s p i r a = μ 0 4 π 2 π R 2 I z 3

Sabemos que π R 2 = A c i r c u l o

B e s p i r a = μ 0 4 π 2 A I z 3

E A I é chamado de momento de dipolo magnético μ CComo:

μ → = A I   n v e r s o r                 ( 0.2 )

. Assim:

B = μ 0 4 π   2 μ z 3

Guarde as equações (0.1) e (0.2)

Com esse “insight” nem precisa mais de mim, né?! Mas se gosta de mim, cola pro próximo passo!

Passo 2

Gostou né?! huehue

Brincadeiras à parte, pede-se μ , então:

μ = A I

Aplicando valores:

μ = π 1 2 1 × 10 - 3 m 2 100 A = 3.1 × 10 - 4   A m 2

Passo 3

Para b)

Pede-se B na espira, assim:

B e s p i r a = μ 0 2 I R 2 R 2 + z 2 3 2

Multipliquemos por 2 π em cima e embaixo. Assim:

B e s p i r a = 2 π μ 0 4 π I R 2 R 2 + z 2 3 2

Sabemos que:

μ 0 4 π = 10 - 7 T m A

Portanto:

B e s p i r a = ( 2 π 10 - 7   T m A 100 A 1 × 10 - 3 m 2 0.0010   m 2 + 0.050 m 2 3 2

B e s p i r a = 5.0 × 10 - 7   T

Resposta

Para a)

μ = 3.1 × 10 - 4   A m 2

Para b)

B e s p i r a = 5.0 × 10 - 7   T

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