Duas espiras circulares iguais E1 e E2, situadas em planos
perpendiculares com centros coincidentes e raios R=5 π cm, são percorridas pelas
correntes i1=3 A e i2=4 A, indicadas na figura.
Sendo
\( \mu_{0}=4\pi .10^{-7}\,\frac{\text{T.m}}{\text{A}} \).
Determine o vetor campo magnético no centro O.
Dados do problema:
- Raio das espiras: R = 5 π cm;
- Corrente na espira 1: i1 = 3 A;
- Corrente na espira 2: i2 = 4 A;
- Permeabilidade magnética do vácuo: \( \mu_{0}=4\pi .10^{-7}\,\frac{\text{T.m}}{\text{A}} \).
Solução
Em primeiro lugar devemos converter a unidade do raio das espiras dadas em centímetros (cm) para
metros (m) usados no
Sistema Internacionais (
S.I.).
\[
R=5\pi \;\cancel{\text{cm}}.\frac{1\;\text{m}}{100\;\cancel{\text{cm}}}=0,05\pi\;\text{m}=5.10^{-2}\pi \;\text{m}
\]
O campo gerado pela corrente
i1 no centro da espira
E1 pode ser obtido pela
aplicação da
regra da mão direita. Colocando-se o dedo polegar na direção da corrente
i1 os demais dedos irão indicar a direção do campo, que neste caso será perpendicular ao plano
da espira e com sentido para “dentro” (Figura 1).
O módulo do campo magnético
B é dado por
\[
\begin{gather}
\bbox[#99CCFF,10px]
{B=\frac{\mu_{0}}{2}\frac{i}{r}} \tag{I}
\end{gather}
\]
Figura 1
Para o campo magnético
B1, aplicando a expressão (I)
\[
\begin{gather}
B_{1}=\frac{\mu_{0}}{2}\frac{i_{1}}{r_{1}}\\
B_{1}=\frac{4\pi.10^{-7}}{2}.\frac{3}{5\pi.10^{-2}}\\
B_{1}=\frac{12.10^{-7}}{10.10^{-2}}\\
B_{1}=12.10^{-7}.10\\
B_{1}=12.10^{-6}\;\text{T} \\
B_{1}=1,2.10^{-5}\;\text{T} \tag{II}
\end{gather}
\]
O campo gerado pela corrente
i2 no centro da espira
E2 pode ser obtido pela
aplicação da
regra da mão direita. Colocando-se o dedo polegar na direção da corrente
i2
os demais dedos irão indicar a direção do campo, que neste caso será perpendicular ao plano da espira e com
sentido para “baixo” (Figura 2).
Para o campo magnético
B2, aplicando a expressão (I)
\[
\begin{gather}
B_{2}=\frac{\mu_{0}}{2}\frac{i_{1}}{r_{1}}\\
B_{2}=\frac{4\pi.10^{-7}}{2}.\frac{4}{5\pi.10^{-2}}\\
B_{2}=\frac{16.10^{-7}}{10.10^{-2}}\\
B_{2}=16.10^{-7}.10\\
B_{2}=16.10^{-6}\;\text{T}\\
B_{2}=1,6.10^{-5}\;\text{T} \tag{III}
\end{gather}
\]
Figura 2
Os vetores campo magnético, gerados pelas correntes que percorrem as espiras 1 e 2, no centro do sistema são
mostrados na Figura 3-A. Desenhando esses vetores num sistema de eixos coordenado tridimensional
xyz
(Figura 3-B), obtemos o vetor campo magnético resultante
\( \vec{B} \)
que forma um ângulo θ como a direção vertical
z.
Podemos calcular o módulo do campo magnético resultante usando o
Teorema de Pitágoras
(Figura 3-C)
\[
\begin{gather}
B^{2}=B_{1}^{2}+B_{2}^{2}\\
B^{2}=\left(1,2.10^{-5}\right)^{2}+\left(1,6.10^{-5}\right)^{2}\\
B^{2}=144.10^{-10}+2,56.10^{-10}\\
B^{2}=4,0.10^{-10}\\
B=\sqrt{\;4,0.10^{-10}\;}\\
B=2,0.10^{-5}\;\text{T}
\end{gather}
\]
O ângulo θ pode será
\[
\begin{gather}
\operatorname{tg}\theta =\frac{\text{cateto oposto}}{\text{cateto adjacente}}=\frac{B_{1}}{B_{2}}\\
\operatorname{tg}\theta =\frac{1,2.10^{-5}}{1,6.10^{-5}}\\
\operatorname{tg}\theta=0,75\\
\theta =\operatorname{arctg}(0,75)\simeq 37°
\end{gather}
\]
assim o campo magnético no centro do sistema pode ser caracterizado por
Intensidade: B = 2.10−5 T ;
Direção: formando um ângulo de aproximadamente 37º como o eixo-z ;
Sentido: para “baixo” do eixo-z .