P2 de Física 3 da UFRJ - 2017.2

Um fio condutor é atravessado por uma corrente cuja intensidade decresce exponencialmente com o tempo de acordo com , onde é a intensidade da corrente no instante e é uma constante positiva com dimensão de tempo. Nessa situação, a quantidade de carga que atravessa numa seção transversal desse fio entre os instantes e é:

Em um modelo clássico para o átomo de hidrogênio, um elétron se desloca em movimento circular uniforme com velocidade escalar e raio em torno de um próton fixado na origem. Supondo que a corrente associada ao movimento do elétron pode ser tratada como uma corrente estacionária, qual é a intensidade do campo magnético produzido por ela na posição do próton?

Uma espira condutora quadrada de lado é posicionada sobre o plano de um sistema de coordenadas, como mostrado na figura abaixo. Uma corrente estacionária de intensidade circula a espira no sentido indicado. Ela está imersa em uma região de campo magnético estacionário e uniforme dado por  , onde é uma constante positiva. Nessa situação, o momento de dipolo magnético da espira e o torque magnético sobre ela valem, respectivamente:

Três cilindros condutores, circulares, retos, infinitos e idênticos são posicionados de forma que seus eixos são paralelos e cada um toca os outros dois. Suas seções transversais são mostradas na figura abaixo. Cada um dos cilindros é atravessado por uma corrente estacionária de mesma intensidade , uniformemente distribuída sobre suas seções transversais, fluindo para fora do plano do papel. Considere a curva fechada mostrada na figura, formada por um triângulo cujos vértices coincidem com os eixos dos cilindros nesta seção. A circulação do campo magnétio   através de , definida por , é dada por:

Em um espectrômetro de massa, um feixe de íons emitido por uma fonte atravessa uma região de campo magnético uniforme e estacionário, como mostrado na figura abaixo. Esse sistema é utilizado para determinar a quantidade de água pesada (, onde representa um átomo de deutério) que há na água do mar. Como resultado da ionização, separa-se apenas os íons , e , que são, então, acelerados de forma a entrarem na região de campo magnético com a mesma velocidade inicial. Sabendo que as massas dos átomos , e , valem 1, 2 e 16 u.m.a, respectivamente, e que a massa do elétron pode ser desprezada em confronto com as massas do próton e do nêutron, podemos afirmar que os íons coletados nos detectores 1 e 2, são, respectivamente:

Considere as afirmativas abaixo:

1. A lei de Ampère-Maxwell, que incluí a corrente de deslocamento, é válida apenas para distribuições de corrente estacionárias.
2. Correntes não circundadas por uma curva fechada e orientada não contribuem para a circulação de campo magnético ao longo de , mas contribuem para o campo magnético em pontos sobre .
3. Devido à não-observação de monopolos magnéticos, o fluxo de campo magnético através de uma superfície fechada deve ser sempre nulo.

São VERDADEIRAS as afirmativas

8. Nenhumadelas.

Um solenóide real, de comprimento e seção transversal circular de raio , é colocado próximo a uma espira condutora de raio e espessura muito menor que . O plano da espira é posicionado paralelamente ao plano de uma seção transversal do solenóide, e ambos possuem o mesmo eixo de simetria , conforme mostrado na figura abaixo.

Considere as seguintes situações:

1. Uma corrente quase-estacionária, que aumenta proporcionalmente com o tempo, circula no solenóide de para .
2. Uma corrente quase-estacionária, que aumenta proporcionalmente com o tempo, circula no solenóide de para .

O que acontecerá com a espira condutora nas duas situações acima?

1. Em ambas as situações, será repelida pelo solenóide.
2. Em será atraída e em será repelida pelo solenóide
3. Em ambas as situações, será atraída pelo solenóide.
4. Em será repelida e em será atraída pelo solenóide.
5. Não será atraída nem repelida em nenhuma das situações.

Um fio condutor fino, retilíneo e infinito carrega uma corrente estacionária de intensidade , como mostrado na figura abaixo. Considere uma curva imaginária fechada e orientada na forma de um círculo de raio , desenhada de forma que seu plano seja perpendicular ao eixo do fio, mas seu centro não coincida com ele, como indicado.

Uma espira condutora quadrada de lado e resistência elétrica desloca-se em movimento retilíneo uniforme com velocidade (), de forma que dois de seus lados permanecem paralelos ao eixo , como mostrado na figura abaixo. Ela atravessa uma região de campo magnético uniforme e estacionário  , que se estende ao longo de uma região de comprimento ao longo do eixo e por todo o eixo . Para os cálculos abaixo, escolha o vetor unitário (ou versor) normal à área definida pela espira como  , ou seja, entrando no plano da folha.

1. Determine a intensidade e o sentido da corrente induzida na espira em três situações: quando ela está entrando na região do campo, quando está totalmente imersa nessa região e quando está saindo dessa região.
2. Determine a força magnética sobre a espira (módulo, direção e sentido) nas mesmas três situações do item anterior.
3. Faça gráficos separados da intensidade do fluxo de campo magnético sobre a espira e da corrente na espira como função do tempo . Considere o instante em que a espira começa a entrar na região do campo e destaque os intervalos de tempo correspondentes às três situações acima. Atribua sinais positivo e negativo para o sentido corrente de acordo com a orientação do vetor normal mencionado acima.