Enunciado

A Fig. 30-65ª mostra, em seção reta, dois fios retilíneos, paralelos e muito compridos. A razão i 1 / i 2 entre a corrente no fio 1 e a corrente no fio 2 é 1 / 3 . O fio 1 é mantido fixo no lugar. O fio 2 pode ser deslocado ao longo do semieixo x positivo, o que faz variar a densidade de energia magnética u B criada pelas duas correntes na origem. A Fig. 30-65b mostra um gráfico de u B em função da posição x do fio 2. A curva tem uma assíntota u B = 1,96   n J / m 3 para x → ∞ e a escala do eixo horizontal é definida por x s = 60,0   c m . Determine os valores de (a) i 1 e (b) i 2 .

Passo 1

Temos dois fios posicionados no eixo x . O fio 1 é mantido fixo enquanto o 2 pode ser movido. Estamos interessados em ver o que acontece com a densidade de energia (portanto o campo magnético) na origem ( x = 0 ): essa densidade é mostrada no gráfico.

Como o fio está parado, sua contribuição para o campo é sempre a mesma. Desta forma, vamos tentar calcular o seu campo primeiro. Para isso, note quando o fio 2 é posicionado em x = 20,0   c m , o campo resultante na origem é nulo. Assim, podemos dizer que os campos dos fios 1 e 2 se anulam:

B 1 = B 2 ⇒ μ 0 i 1 2 π d = μ 0 i 2 2 π x ⇒ d = x i 1 i 2

d denota a distância do fio 1 à origem e neste caso, x = 20,0   c m que representa o caso em que a densidade de energia (e consequentemente o campo resultante) é nulo na origem. Desta forma, achamos que

d = 20,0   c m ⋅ 1 3 = 6,67   c m

Passo 2

Bom, agora note que do gráfico, quando afastamos o fio 2 para bem longe, de modo que toda a contribuição do campo na origem é devida ao fio 1, a densidade de energia tende a u B = 1,96   n J / m 3 . Como apenas o fio 1 contribui para isso:

u B = B 1 2 2 μ 0 ⇒ B 1 2 = 2 μ 0 u B

Mas sabemos que

B 1 = μ 0 i 1 2 π d ⇒ μ 0 2 i 1 2 4 π 2 d 2 = 2 μ 0 u B

Assim,

i 1 = 8 π 2 d 2 u B μ 0

Substituindo d = 6,67 ⋅ 10 - 2   m e u B = 1,96 ⋅ 10 - 9   J / m 3 :

i 1 = 0,023   A

Passo 3

Bom, sabemos que

i 1 i 2 = 1 3 ⇒ i 2 = 3 i 1

Logo,

i 2 = 0,069   A

Resposta

i 1 = 0,023   A

i 2 = 0,069   A

Ver Outros Exercícios desse livro

Exercícios de Livros Relacionados

29.75 Uma espira condutora quadrada, de lado igual a 20,0c m , é colocada no mesmo campo magnético descrito no E x e r c í c i o 29.30 í . (Veja a F i g u r a29.55 ; o centro da espira quadrada está n
Um fio de cobre conduz uma corrente de 10A uniformemente distribuída em sua seção reta. Calcule a densidade de energia (a) do campo magnético e (b) do campo elétrico na superfície do fio. O diâmetro d
Uma tensão rms de 24V é necessária para um dispositivo cuja impedância é 12Ω . (a) Qual deve ser a razão entre o número de voltas de um transformador para que o dispositivo possa operar em uma linha d
Um indutor usado em uma fonte de alimentação de corrente contínua possui indutância igual a 12,0H e resistência de 180Ω . Ele conduz uma corrente de 0,500A . (a) Qual é a energia armazenada no campo m
Em um acelerador de prótons usado em experiências de física com partículas elementares, as trajetórias dos prótons são controladas por eletroímãs defletores que produzem camposmagnéticos da ordem de 4