2 - Qual a diferença entre um Solenoide e uma Espira circular?
Passo 1
O enunciado pergunta qual é a diferença física e construtiva entre uma espira circular e um solenoide. Esse tema faz parte de eletromagnetismo e envolve as leis de Biot-Savart (para o campo de uma única espira) e de Ampère (para o campo de um solenoide). Precisaremos entender as geometrias dos dois dispositivos e as fórmulas que descrevem o campo magnético que cada um gera.
Passo 2
Uma espira circular é um único fio condutor enrolado em círculo de raio
. Para calcular o campo magnético ao longo do eixo que passa pelo centro da espira usamos a lei de Biot-Savart:
onde
é a corrente,
a distância ao longo do eixo e
a permeabilidade do vácuo. Em particular, no centro da espira (
)
Note que esse campo é simétrico em torno do eixo, porém decai rapidamente quando saímos do centro.
Passo 3
Um solenoide é formado por muitas espiras circulares idênticas, empilhadas de modo helicoidal ao longo de um comprimento
. Se houver
voltas uniformemente distribuídas, a densidade de espiras é
. Dentro de um solenoide longo (com
) o campo é praticamente uniforme e dado pela lei de Ampère:
Fora do solenoide o campo é bem menor e tende a zero longe das extremidades.
Passo 4
Comparando:
- Geometria – a espira é apenas uma volta; o solenoide é um feixe de muitas voltas.
- Campo magnético – na espira o campo máximo fica no centro e decai ao longo do eixo; no solenoide longo o campo no interior é quase uniforme e paralelo ao eixo.
- Fórmulas – espira usa Biot-Savart e produz
,
enquanto solenoide usa Ampère para obter
. - Aplicações – espiras servem para bobinas de campo localizado; solenoides criam campos uniformes em aceleradores, sensores e válvulas magnéticas.
Resposta
A espira circular é um único laço de fio que gera um campo máximo no centro e que decai fora dele, calculado pela lei de Biot-Savart. O solenoide é muitas espiras empilhadas, cujo campo interno é quase uniforme e dado por
via lei de Ampère, enquanto o campo externo é desprezível.