Enunciado

O elemento nióbio, um metal, é um supercondutor (isto é, não apresenta resistência elétrica) em temperaturas abaixo de 9   K . Todavia a supercondutividade desaparecerá se o campo magnético na superfície do metal exceder a 0,10   T . Qual é a máxima corrente possível em um fio supercondutor reto, feito de nióbio, com 3,0   m m de diâmetro.

Passo 1

Faaaaaala, galera... Tranquileba??

É nos dado o campo magnético e pede-se a corrente. Bom, sabemos que a corrente quando passar num material condutor gera um campo magnético, logo achando o campo magnético, do fio nesse caso, acharemos a corrente máxima possível.

Achemos o campo magnético no fio!

Vamos juntos?

Sabemos que a lei de Bio-Savart é:

d B = μ 0 4 π d l sin ⁡ θ r 2

E para um fio muito longo, como:

Temos que:

sin ⁡ θ = d r

E:

r = d 2 + l 2

Assim:

d B = μ 0 4 π d l d 2 + l 2 d d 2 + l 2 = μ 0 4 π I d d l d 2 + l 2 3 2

Sendo um fio muito longo, logo:

- ∞ ≤ l ≤ + ∞

Logo:

B = μ 0 4 π I d ∫ - ∞ + ∞ d l d 2 + l 2 3 2

De integral simples. Assim, o campo elétrico a uma distância d sobre um fio longo que passa uma corrente é:

B = μ 0 2 π I d

E já estamos com o pé na resposta, não?

Bora pro próximo passo!

Passo 2

Como dito, pede-se a corrente I, logo:

I = B * 2 π d μ 0

Passo 3

Aplicando valores:

I = 0.1   T * 2 π 1 2 3 × 10 - 3 m 4 π × 10 - 7 T m A

Concluímos que:

I = 750   A

Resposta

I = 750   A

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