Enunciado

Dois fios retos, longos e paralelos conduzem correntes de intensidade I em sentidos opostos, como mostra a Figura 22.17. A distância entre os fios é 2 a . (a) Calcule a expressão para o campo magnético B x gerado pelos dois fios ao longo do eixo x , que cruza os dois fios de forma ortogonal. (b) Faça um gráfico de B x . Escolha a origem das coordenadas no ponto equidistante dos fios.

Passo 1

Eai pessoal, beleza?

Para resolver essa questão é bem importante que você conheça o campo produzido por um fio reto. Você deve ter visto nas primeiras seções do capítulo que o campo produzido por um fio longo e reto em que passa uma corrente I é dado por

B = μ 0 I 2 π r

Nessa expressão, r é a distância até o centro do fio. Esse resultado foi deduzido na seção 22.2 do livro.

Vale ressaltar que esse campo “circula” em torno do fio respeitando a regra da mão direita:

Vamos olhar agora para a situação desse problema! A seguir eu represento as linhas de campo produzidas por cada fio:

Observe que sobre o eixo x as componentes dos campos estarão na direção y .Para x < - a , o campo do fio da esquerda será

B e s q = - μ 0 I 2 π - x - a = μ 0 I 2 π x + a

Já o do fio da direita será

B d i r = + μ 0 I 2 π - x + a

Com isso, nessa região teremos

B = B e s q + B d i r = μ 0 I 2 π 1 x + a + 1 a - x

PS: um campo negativo indica que ele aponta na direção negativa do eixo y .

Passo 2

Já para - a < x < a , temos

B e s q = μ 0 I 2 π x + a             e           B d i r = μ 0 I 2 π - x + a

Assim,

B = μ 0 I 2 π 1 x + a + 1 a - x

Por fim, para x > a , temos

B e s q = μ 0 I 2 π x + a               e           B d i r = - μ 0 I 2 π x - a = μ 0 I 2 π a - x

Portanto,

B = μ 0 I 2 π 1 x + a + 1 a - x

Observe que os campos são iguais nas três regiões:

B = μ 0 I 2 π 1 x + a + 1 a - x = μ 0 I 2 π a - x + x + a a 2 - x 2

Ou ainda,

B = μ 0 I a π a 2 - x 2

A seguir temos um esboço dessa função:

Resposta

B = μ 0 I a π a 2 - x 2

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