Enunciado

Uma pequena espira de corrente com a forma de um triângulo equilátero conduz uma corrente de 25   A . A intensidade do campo magnético sobre o eixo, a 50   c m da espira, é de   7,5   n T . Qual é o comprimento de cada lado do triângulo?

Passo 1

Faaaaaala, galera... Tranquileba??

Primeiro definamos o campo elétrico para uma espira com z ≫ R .

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

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

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 o comprimento que chamaremos de L, que está contido em A, a área.

Sabemos que a área de um triângulo equilátero é:

A e q u i l a t e r o = 3 4   L 2

Assim, o A na espira é:

A = 4 π μ 0 z 3   B 2 I  

Assim:

3 4   L 2 = 4 π μ 0 z 3   B 2 I  

Isolando L, que com certeza é L > 0

L = 4 π μ 0 z 3   B 3 * 8 * I

Passo 3

Colocando valores:

L = 1 10 - 7   T m A 0.50   m 3 7.5 × 10 - 9   T 3 * 8 * 25 A

L = 2.1   c m

Resposta

O lado L do triangulo equilátero L é:

L = 2.1   c m

Ver Outros Exercícios desse livro