A afirmação de que o campo magnético é quase zero fora de um solenóide é uma simplificação que se aplica sob certas condições idealizadas. Um solenóide é uma bobina de fio enrolada em formato helicoidal, frequentemente usada para gerar um campo magnético. Vamos explorar as razões por trás da afirmação de que o campo magnético é zero ou muito fraco fora de um solenóide:
1. Modelo Idealizado:
- Suposição de comprimento infinito: A afirmação de que o campo magnético é zero fora de um solenóide é frequentemente baseada na suposição de um solenóide infinitamente longo. Num modelo idealizado de um solenóide infinitamente longo, o campo magnético torna-se insignificante fora do solenóide.
- Simetria Cilíndrica: A simetria do solenóide, com as linhas do campo magnético formando círculos concêntricos em torno do eixo do solenóide, contribui para a simplificação do campo magnético externo.
2. Lei de Biot-Savart e Lei Circuital de Ampère:
- Lei de Biot-Savart: A Lei de Biot-Savart descreve o campo magnético produzido por um fio condutor de corrente. Quando aplicado a um solenóide, as contribuições individuais dos circuitos de corrente dentro do solenóide se somam, criando um campo magnético significativo em seu interior.
- Lei Circuital de Ampère: A Lei Circuital de Ampère relaciona o campo magnético ao longo de um circuito fechado à corrente que passa através do circuito. No caso de um solenóide, o loop é escolhido para circundar o eixo do solenóide, levando a uma expressão simplificada para o campo magnético interno.
3. Cancelamento de Campos Magnéticos:
- Contribuições iguais e opostas: Dentro do solenóide, os campos magnéticos produzidos por circuitos de corrente individuais reforçam-se mutuamente, criando um campo magnético forte e uniforme ao longo do eixo do solenóide.
- Cancelamento externo: À medida que você se afasta do eixo do solenóide, as contribuições de diferentes circuitos de corrente começam a se anular. Os campos magnéticos produzidos por voltas adjacentes da bobina tendem a ter componentes iguais e opostos, levando a um cancelamento líquido.
4. Considerações sobre comprimento finito:
- Vazamento de campo: Na realidade, solenóides de comprimento finito podem apresentar algum vazamento de campo magnético fora da bobina devido a imperfeições, efeitos finais ou enrolamento não uniforme. No entanto, este campo externo é muitas vezes significativamente mais fraco do que o campo dentro do solenóide.
- Campos de franja: Perto das extremidades de um solenóide finito, as linhas do campo magnético podem se curvar para fora, criando campos de franja que se estendem além da bobina. Esses campos periféricos contribuem para o campo magnético externo, mas ainda são mais fracos em comparação com o campo ao longo do eixo.
5. Aplicação da Lei de Gauss para o Magnetismo:
- Lei do Magnetismo de Gauss: No contexto da magnetostática, a Lei do Magnetismo de Gauss afirma que o fluxo magnético líquido através de qualquer superfície fechada é zero. Isto implica que as linhas do campo magnético são contínuas e não possuem fontes ou sumidouros.
- Superfície fechada fora do solenóide: Se uma superfície fechada for escolhida fora do solenóide, o fluxo magnético líquido através desta superfície deve ser zero de acordo com a Lei de Gauss. Esta condição é consistente com a ideia de que o campo magnético é desprezível fora do solenóide.
6. Observações Experimentais:
- Verificação Experimental: Observações e medições experimentais apoiam a ideia de que o campo magnético é significativamente mais fraco fora de um solenóide em comparação com seu interior. Esta observação está alinhada com as expectativas teóricas baseadas no modelo idealizado de um solenóide infinitamente longo.
Em resumo, a afirmação de que o campo magnético é zero ou muito fraco fora de um solenóide é uma simplificação que surge do modelo idealizado de um solenóide infinitamente longo e do cancelamento de campos magnéticos devido à simetria e ao arranjo dos circuitos de corrente dentro do solenóide. Embora possam existir campos magnéticos externos na prática, eles são frequentemente muito mais fracos em comparação com o campo magnético forte e uniforme presente dentro do solenóide.
