Lei de Ampère
Um fio condutor cilíndrico muito longo e de seção reta de raio está envolto por uma casca cilíndrica condutora fina de raio , formando um cabo coaxial cujo eixo coincide com o eixo . Pelo fio passa uma corrente , na direção positiva do eixo , uniformemente distribuída através de sua seção reta. Na casca cilíndrica passa uma corrente total , na direção negativa do eixo , conforme a figura.
Calcule o vetor campo magnético nos pontos onde ( é a distância do ponto até o eixo ).
Calcule o vetor campo magnético na região .
Calcule a integral ao longo do quadrado de lado coaxial com o eixo , conforme a figura.
Passo 1
Calcule o vetor campo magnético nos pontos onde ( é a distância do ponto até o eixo ).
Opa! Molezinha, hein!
Pra calcular o campo magnético, basta usar a Lei de Ampère:
Dada a geometria cilíndrica do problema, onde a nossa amperiana será uma circunferência de raio , podemos simplificar a Lei de Ampère:
Como a corrente está no sentido positivo do eixo , usando a regra da mão direita, vemos que o vetor campo magnético será o seguinte:
Onde é positivo no sentido anti-horário.
O nosso único problema aqui é determinar , mas como o problema disse que a corrente está uniformemente distribuída ao longo da seção reta do fio, basta usar uma regra de três pra facilitar a nossa vida:
Substituindo de volta na expressão que encontramos para o campo magnético:
Passo 2
Calcule o vetor campo magnético na região .
A ideia aqui é a mesma que usamos para o caso anterior, a geometria é a mesma... então o campo magnético para esse região terá a cara:
A diferença agora é que será toda a corrente do fio, logo:
Passo 3
Calcule a integral ao longo do quadrado de lado coaxial com o eixo , conforme a figura.
Quando o cara pede pra calcular , os que tem o mínimo de maldade no coração já vão sacar ele tá pedindo aqui pra usarmos a Lei de Ampère.
Agora ficou fácil... para a corrente interna, só precisamos levar em conta as duas correntes que estão “dentro” do quadrado. Onde a corrente que está saindo, nós vamos considerar positiva, e a corrente que está entrando, nós vamos considerar negativa... logo:
Portanto:
Resposta