Uma espira quadrada feita por um fio condutor percorrido por uma corrente na presença de um campo magnético irá experimentar:
(a) Um torque que tenda a alinhar o vector normal ao plano da espira com o campo magnético.
(b) Um torque que tenda a alinhar o vector normal ao plano da espira com a direçāo perpendicular ao campo magnético.
© Forças contrarias em cada lado da espira que irão se cancelar umas às outras.
(d) Forças magnéticas que irão fazer os lados contrários da espira se atrair uns aos outros.

Passo 1

Blz, então o enunciado diz: “Uma espira quadrada de fio, percorrida por uma corrente, está num campo magnético. O que ela vai sentir?” As opções são sobre torque que alinha o normal da espira com o campo, torque que alinha com perpendicular, forças que se cancelam, atração dos lados… O conteúdo é Eletromagnetismo: força magnética em condutor e torque em uma espira. Para resolver a gente vai usar a lei da força sobre um fio , o conceito de torque e o momento magnético .

Passo 2

Primeiro, a força sobre um pedaço de fio que carrega corrente vec F ;=; I,vec Ltimesvec B num campo F = I,L,B,sintheta, é
– aqui é o vetor que aponta no sentido da corrente e tem comprimento igual ao tamanho do trecho de fio. O módulo vale
onde é o ângulo entre e . A direção de vem da regra da mão-direita para o produto vetorial.

Passo 3

Na espira quadrada temos quatro lados:
  • Os dois lados cujos vetores são paralelos a têm , logo ali.
  • Os outros dois lados são perpendiculares a , então cada um recebe uma força de módulo . Essas forças são iguais em módulo, opostas em sentido e agem em retas paralelas, ou seja, formam um par de forças.

Passo 4

Um par de forças iguais e opostas, mas deslocadas, não gera força resultante (net force zero) e sim torque. Esse torque faz a espira girar. Intuitivamente, a gente vê que ele tende a rodar a espira até que as forças “desliguem” porque ficarem paralelas (ou seja, até o plano mudar orientação).

Passo 5

Pra resumir a torque geral de uma espira a gente define o momento magnético
vecmu = I,A,vec n,
onde vectau = vecmu times vec B é a área da espira e é o vetor normal ao plano (regra da mão-direita: dedos na corrente, polegar indica ). O torque então é
Esse produto vetorial mostra que a espira gira até que (ou seja, ) fique alinhado com , pois aí e atinge equilíbrio.

Resposta

(a) Um torque que tenda a alinhar o vetor normal ao plano da espira com o campo magnético.

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