Campo magnético de um fio condutor de corrente
1 · Prever
Um fio reto transporta uma corrente constante. À medida que você afasta um ponto de teste do fio, a intensidade do campo magnético diminui da mesma forma que o campo de uma carga elétrica?
- Sim - é uma queda simples de 1/r², igual a uma carga pontual.
- O campo não depende da distância do fio.
- Não - o campo de um fio condutor de corrente cai de maneira diferente do de uma carga pontual, uma vez que a corrente é uma fonte estendida (linha), não um ponto.
2 · Preparar
- Abra a predefinição do campo de fios e pressione Redefinir. O fio transporta uma corrente fixa de 8 A através de um segmento 4.8 m.
- Habilite a leitura de intensidade de campo.
- Defina a distância perpendicular do ponto médio do fio para cada tentativa e registre a intensidade do campo.
3 · Coletar Dados
| Distância perpendicular d (m) | Intensidade do campo |B_z| (µT) |
|---|---|
| 0.50 | |
| 1.00 | |
| 2.00 |
Gráfico |B_z| (eixo y) contra 1/d (eixo x) para suas três tentativas. Parece mais linear do que plotar em relação a 1/d²?
4 · Analisar
- Para uma tentativa, calcule |B| = μ₀|I|L_half/(2πd√(L_half² + d²)) usando μ₀ = 4π×10⁻⁷ H/m, I = 8 A, L_half = 2.4 m. Compare com a tabela.
- Compare a forma desta fórmula com a fórmula do campo elétrico do experimento de carga de linha. Explique por que tanto uma barra carregada finita quanto um fio condutor de corrente finita produzem campos com o mesmo tipo de dependência de distância — perto de 1/d perto do fio, mais perto de 1/d² longe.
5 · Aprofundar
- Para um fio infinito idealizado, o campo simplifica para o clássico B = μ₀I/(2πd) - uma queda limpa 1/d. A que distância, em comparação com o comprimento 4.8 m deste fio, você esperaria que a fórmula do fio finito deste experimento se aproximasse da aproximação do fio infinito?
- Uma agulha de bússola colocada perto de um fio condutor de corrente desvia-se para se alinhar com o campo magnético do fio. Explique, usando a regra da mão direita, por que o campo circula ao redor do fio em vez de apontar radialmente para fora como faria um campo elétrico.
A física por trás deste experimento
Campo de um fio condutor de corrente finita
A lei de Biot-Savart, integrada ao longo de um fio reto finito, fornece um campo magnético que circunda o fio e depende tanto da distância perpendicular quanto do comprimento do fio através da mesma forma de interpolação de uma linha de carga finita.