Enunciado
Física - Halliday - Vol 3- Ed: 4º - Capítulo 31.Exercícios e Problemas - Ex. 59
Na seção 31-6 mostramos que o módulo do campo magnético para qualquer raio r no interior de um toróide é dado por
Mostre que, quando passamos de um ponto imediatamente dentro de um toróide para um ponto imediatamente fora, o módulo da variação em B que encontramos para qualquer raio r é exatamente . Aqui A é acorrente por unidade de comprimento ao longo de uma circunferência de raio r dentro do toróide. Compare com o resultado semelhante encontrado no Problema 58. Tal igualdade não é surpreendente?
Passo 1
Fala galera, bora lá! Parece difícil, mas não é!
Considere um círculo de raio , dentro do toróide e concêntrico com ele. A corrente que passa pela região entre este círculo e outro círculo de raio maior (bem fora do toróide) é
onde é o número de voltas e é a corrente (observe que esta região inclui uma “fatia” da borda externa do toróide). A corrente por unidade de comprimento (do círculo) é
e
é, portanto,
a magnitude do campo magnético no círculo.
Passo 2
Uma vez que o campo fora de um toróide (chame-o de ) é zero, o resultado acima também é a mudança na magnitude do campo encontrada quando você se move do círculo para fora (digamos, para o círculo de raio maior mencionado acima).
A igualdade não é realmente surpreendente à luz da lei de Ampere, particularmente se o caminho usado em for feito para conectar o círculo no toróide e o círculo de maior raio (ou partes de cada um deles, de comprimentos e ).
Os caminhos de conexão (cada um de tamanho ) entre os círculos podem ser perpendiculares às linhas do campo magnético (de modo que ). De fato, podemos manter os caminhos de conexão aproximadamente perpendiculares a e conseguir ter se nosso loop Amperiano for muito pequeno (especialmente se for muito menor que o raio externo do toróide).
Passo 3
Simplificando nossa notação, a corrente através do loop é, portanto,
então a lei de Ampere produz
E
O que isso demonstra é que a variação do campo magnético é quando se move de um ponto a outro (na direção perpendicular ao campo) através de uma folha de corrente, este princípio é útil em qualquer discussão sobre condições de contorno em aplicações eletrodinâmicas.
Resposta
A lei de Ampere produz
O que isso demonstra é que a variação do campo magnético é quando se move de um ponto a outro (na direção perpendicular ao campo) através de uma folha de corrente.