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 R. Para calcular o campo magnético ao longo do eixo que passa pelo centro da espira usamos a lei de Biot-Savart:
B(z) = mu0 I R^22,(R^2 + z^2)^3/2,
onde I é a corrente, z a distância ao longo do eixo e mu0 a permeabilidade do vácuo. Em particular, no centro da espira ( z=0)
Bcentro = mu0 I2,R
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 L. Se houver N voltas uniformemente distribuídas, a densidade de espiras é n = N/L. Dentro de um solenoide longo (com Lgg R) o campo é praticamente uniforme e dado pela lei de Ampère:
Bint = mu0,n,I = mu0,NL,I
Fora do solenoide o campo é bem menor e tende a zero longe das extremidades.

Passo 4

Comparando:
  1. Geometria – a espira é apenas uma volta; o solenoide é um feixe de muitas voltas.
  2. 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.
  3. Fórmulas – espira usa Biot-Savart e produz
    Bcentro = mu0I/(2R),
    enquanto solenoide usa Ampère para obter
    Bint = mu0 (N/L) I.
  4. 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 B=mu0(N/L),I via lei de Ampère, enquanto o campo externo é desprezível.

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