Um circuito é formado por dois resistores em paralelo imersos no vácuo, separados por uma distância d ligados a uma bateria de força eletromotriz V. Cada resistor é formado por um fio muito longo, de mesmo comprimento e área de seção transversal, mas com resistividades elétricas ρ1 e ρ2 diferentes entre si, conforme ilustrado na figura.

a) Sendo P1 e P2 as potências dissipadas nos resistores 1 e 2, respectivamente, calcule a razão P1/P2. Expresse sua resposta em termos de ρ1 e ρ2.

b) Considerando que a corrente total no circuito seja I, obtenha, em função de I, ρ1 e ρ2, o valor das correntes I1 e I2 que atravessam os resistores 1 e 2, respectivamente.

c) Obtenha a expressão para o módulo do campo magnético no ponto C, mostrado na figura, equidistante dos dois resistores, considerando I1 = I2/4. Expresse sua resposta somente em termos de d, μ0 (constante de permeabilidade magnética do vácuo) e da corrente total I.

Note e adote:
A resistência elétrica é diretamente proporcional ao comprimento, à resistividade e inversamente proporcional à área da seção transversal. O módulo do campo magnético produzido por um fio muito longo transportando uma corrente I a uma distância r é dado por μ0I/2πr, onde μ0 é a constante de permeabilidade do vácuo.

a) A razão entre as potências dissipadas começar estilo tamanho matemático 14px reto P com 1 subscrito sobre reto P com 2 subscrito fim do estilo pode assim ser obtida:

começar estilo tamanho matemático 14px reto P com 1 subscrito sobre reto P com 2 subscrito igual a numerador começar estilo mostrar numerador reto U com 1 subscrito com 2 sobrescrito sobre denominador reto R com 1 subscrito fim da fração fim do estilo sobre denominador numerador reto U com 2 subscrito com 2 sobrescrito sobre denominador reto R com 2 subscrito fim da fração fim da fração igual a numerador reto U com 1 subscrito com 2 sobrescrito sobre denominador reto U com 2 subscrito com 2 sobrescrito fim da fração vezes reto R com 2 subscrito sobre reto R com 1 subscrito fim do estilo

Como, de acordo com a figura dada, os dois resistores estão em paralelo, a diferença de potencial (U) entre seus terminais é a mesma (U= U2):

começar estilo tamanho matemático 14px reto P com 1 subscrito sobre reto P com 2 subscrito igual a reto U ao quadrado sobre reto U ao quadrado vezes reto R com 2 subscrito sobre reto R com 1 subscrito igual a reto R com 2 subscrito sobre reto R com 1 subscrito fim do estilo

Utilizando a segunda Lei de Ohm:

começar estilo tamanho matemático 14px reto P com 1 subscrito sobre reto P com 2 subscrito igual a reto R com 2 subscrito sobre reto R com 1 subscrito igual a numerador começar estilo mostrar numerador reto ró com 2 subscrito vezes reto L sobre denominador reto A fim da fração fim do estilo sobre denominador numerador reto ró com 1 subscrito vezes reto L sobre denominador reto A fim da fração fim da fração fim do estilo

De acordo com enunciado, o comprimento e as áreas transversais dos resistores (filiformes) 1 e 2 são iguais.

Portanto,

começar estilo tamanho matemático 14px reto P com 1 subscrito sobre reto P com 2 subscrito igual a reto ró com 2 subscrito sobre reto ró com 1 subscrito fim do estilo

b) Como U1 = U2, temos que:

começar estilo tamanho matemático 14px reto R com 1 subscrito vezes reto I com 1 subscrito igual a reto R com 2 subscrito vezes reto I com 2 subscrito fim do estilo

Utilizando a segunda Lei de Ohm:

começar estilo tamanho matemático 14px numerador reto ró com 1 subscrito vezes reto L sobre denominador reto A fim da fração vezes reto I com 1 subscrito igual a numerador reto ró com 2 subscrito vezes reto L sobre denominador reto A fim da fração vezes reto I com 2 subscrito fim do estilo

Assim:

começar estilo tamanho matemático 14px reto ró com 1 subscrito vezes reto I com 1 subscrito igual a reto ró com 2 subscrito vezes reto I com 2 subscrito fim do estilo

começar estilo tamanho matemático 14px reto I com 1 subscrito igual a reto ró com 2 subscrito sobre reto ró com 1 subscrito vezes reto I com 2 subscrito fim do estilo     (1)

Como os resistores 1 e 2 estão em paralelo: começar estilo tamanho matemático 14px reto I igual a reto I com 1 subscrito mais reto I com 2 subscrito fim do estilo     (2)

Assim, substituindo (1) em (2), temos que:

começar estilo tamanho matemático 14px reto I igual a reto ró com 2 subscrito sobre reto ró com 1 subscrito vezes reto I com 2 subscrito mais reto I com 2 subscrito igual a abre parênteses numerador reto ró com 2 subscrito sobre denominador reto ró 1 fim da fração mais 1 fecha parênteses vezes reto I com 2 subscrito fim do estilo     começar estilo tamanho matemático 14px então espaço reto I com 2 subscrito igual a numerador reto I vezes reto ró com 1 subscrito sobre denominador parêntese esquerdo reto ró com 2 subscrito mais reto ró com 1 subscrito parêntese direito fim da fração fim do estilo     (3)

Substituindo (3) em (1), temos que:

começar estilo tamanho matemático 14px reto I com 1 subscrito igual a numerador reto I vezes reto ró com 2 subscrito sobre denominador parêntese esquerdo reto ró com 2 subscrito mais reto ró com 1 subscrito parêntese direito fim da fração fim do estilo

c) De acordo com o enunciado, começar estilo tamanho matemático 14px reto I igual a reto I com 1 subscrito mais reto I com 2 subscrito fim do estiloe começar estilo tamanho matemático 14px reto I com 1 subscrito igual a reto I com 2 subscrito sobre 4 fim do estilo. Assim, as correntes I1 e I2 em função da corrente total I são dadas por:

começar estilo tamanho matemático 14px reto I com 1 subscrito igual a reto I sobre 5 fim do estilo e começar estilo tamanho matemático 14px reto I com 2 subscrito igual a numerador 4 reto I sobre denominador 5 fim da fração fim do estilo

O esquema a seguir representa as correntes elétricas nos fios 1 e 2 e os campos magnéticos por elas produzidos:

Como seus sentidos são opostos:

começar estilo tamanho matemático 14px reto B com reto C subscrito igual a reto B com 2 subscrito menos reto B com 1 subscrito igual a numerador reto mu com 0 subscrito reto I com 2 subscrito sobre denominador 2 πr fim da fração menos numerador reto mu com 0 subscrito reto I com 1 subscrito sobre denominador 2 πr fim da fração igual a fim do estilocomeçar estilo tamanho matemático 14px numerador reto mu com 0 subscrito abre parênteses começar estilo mostrar numerador 4 reto I sobre denominador 5 fim da fração fim do estilo fecha parênteses sobre denominador 2 reto pi abre parênteses começar estilo mostrar reto d sobre 2 fim do estilo fecha parênteses fim da fração menos numerador reto mu com 0 subscrito abre parênteses começar estilo mostrar reto I sobre 5 fim do estilo fecha parênteses sobre denominador 2 reto pi abre parênteses começar estilo mostrar reto d sobre 2 fim do estilo fecha parênteses fim da fração igual a numerador 3 reto mu com 0 subscrito reto I sobre denominador 5 πd fim da fração fim do estilo

começar estilo tamanho matemático 14px então espaço reto B com reto C subscrito igual a numerador 3 reto mu com 0 subscrito reto I sobre denominador 5 πd fim da fração fim do estilo