Um capacitor de placas paralelas que contém placas circulares com 10,0cm de diâmetro, separadas por 1,0mm. O campo elétrico entre as placas está aumentando à taxa de 106V/ms. Calcule a intensidade do campo magnético:
a) sobre o eixo; b) a 3,0cm do eixo; c) a 7,0cm do eixo.
Para resolver esse problema, vamos usar a lei de Faraday, que relaciona a variação do campo elétrico com a indução de um campo magnético. A lei de Faraday diz que:
onde $\vec{B}$ é o campo magnético, $d\vec{l}$ é um elemento de comprimento ao longo de um contorno fechado, $\Phi_E$ é o fluxo do campo elétrico através da superfície delimitada pelo contorno, e $t$ é o tempo.
Para aplicar essa lei, vamos escolher um contorno circular de raio $r$, centrado no eixo do capacitor, como mostra a figura abaixo:
![Figura](^1^)
O campo magnético será tangente ao contorno, e terá a mesma intensidade em todos os pontos, pois o problema tem simetria cilíndrica. Portanto, o lado esquerdo da lei de Faraday será:
$$\oint \vec{B} \cdot d\vec{l} = B \oint dl = B (2\pi r)$$
O fluxo do campo elétrico será dado pelo produto da área da superfície pelo módulo do campo elétrico, que é constante entre as placas. Portanto, o lado direito da lei de Faraday será:
onde $A$ é a área da superfície, e $\frac{dE}{dt}$ é a taxa de variação do campo elétrico, que é dada no enunciado.
Igualando os dois lados da lei de Faraday, obtemos:
$$B (2\pi r) = -A\frac{dE}{dt}$$
Isolando $B$, temos:
$$B = -\frac{A}{2\pi r}\frac{dE}{dt}$$
A área $A$ pode ser aproximada pela área da placa do capacitor, que é $\pi R^2$, onde $R$ é o raio da placa. Substituindo esse valor, e o valor de $\frac{dE}{dt}$, temos:
Agora, podemos calcular o campo magnético para os valores de $r$ dados no enunciado, lembrando que o raio da placa é $R = 0,05$ m:
a) sobre o eixo, $r = 0$. Nesse caso, o campo magnético é indeterminado, pois a expressão acima envolve uma divisão por zero. Isso significa que o campo magnético tende a infinito no eixo do capacitor.
b) a 3,0 cm do eixo, $r = 0,03$ m. Nesse caso, o campo magnético é:
Note que o campo magnético diminui com o aumento do raio, pois o fluxo do campo elétrico se distribui por uma área maior. Além disso, o campo magnético é negativo, pois está no sentido horário, de acordo com a regra da mão direita.
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cadhumberto
Obrigado amigo, mas os códigos com as fórmulas eu não consigo ler. Se puder me ajudar onde eu posso colocar num outro programa para poder entender eu agradeço.
Lista de comentários
Explicação:
Para resolver esse problema, vamos usar a lei de Faraday, que relaciona a variação do campo elétrico com a indução de um campo magnético. A lei de Faraday diz que:
$$\oint \vec{B} \cdot d\vec{l} = -\frac{d\Phi_E}{dt}$$
onde $\vec{B}$ é o campo magnético, $d\vec{l}$ é um elemento de comprimento ao longo de um contorno fechado, $\Phi_E$ é o fluxo do campo elétrico através da superfície delimitada pelo contorno, e $t$ é o tempo.
Para aplicar essa lei, vamos escolher um contorno circular de raio $r$, centrado no eixo do capacitor, como mostra a figura abaixo:
![Figura](^1^)
O campo magnético será tangente ao contorno, e terá a mesma intensidade em todos os pontos, pois o problema tem simetria cilíndrica. Portanto, o lado esquerdo da lei de Faraday será:
$$\oint \vec{B} \cdot d\vec{l} = B \oint dl = B (2\pi r)$$
O fluxo do campo elétrico será dado pelo produto da área da superfície pelo módulo do campo elétrico, que é constante entre as placas. Portanto, o lado direito da lei de Faraday será:
$$-\frac{d\Phi_E}{dt} = -\frac{d}{dt}(EA) = -A\frac{dE}{dt}$$
onde $A$ é a área da superfície, e $\frac{dE}{dt}$ é a taxa de variação do campo elétrico, que é dada no enunciado.
Igualando os dois lados da lei de Faraday, obtemos:
$$B (2\pi r) = -A\frac{dE}{dt}$$
Isolando $B$, temos:
$$B = -\frac{A}{2\pi r}\frac{dE}{dt}$$
A área $A$ pode ser aproximada pela área da placa do capacitor, que é $\pi R^2$, onde $R$ é o raio da placa. Substituindo esse valor, e o valor de $\frac{dE}{dt}$, temos:
$$B = -\frac{\pi R^2}{2\pi r}(10^6) = -\frac{R^2}{2r} \times 10^6$$
Agora, podemos calcular o campo magnético para os valores de $r$ dados no enunciado, lembrando que o raio da placa é $R = 0,05$ m:
a) sobre o eixo, $r = 0$. Nesse caso, o campo magnético é indeterminado, pois a expressão acima envolve uma divisão por zero. Isso significa que o campo magnético tende a infinito no eixo do capacitor.
b) a 3,0 cm do eixo, $r = 0,03$ m. Nesse caso, o campo magnético é:
$$B = -\frac{(0,05)^2}{2(0,03)} \times 10^6 = -4,17 \times 10^{-4} \text{ T}$$
c) a 7,0 cm do eixo, $r = 0,07$ m. Nesse caso, o campo magnético é:
$$B = -\frac{(0,05)^2}{2(0,07)} \times 10^6 = -1,79 \times 10^{-4} \text{ T}$$
Note que o campo magnético diminui com o aumento do raio, pois o fluxo do campo elétrico se distribui por uma área maior. Além disso, o campo magnético é negativo, pois está no sentido horário, de acordo com a regra da mão direita.