Deseja-se enrolar um solenóide de comprimento e diâmetro , utilizando-se uma única camada de fio de cobre de diâmetro enrolado o mais junto possível. A uma temperatura de , a resistência por unidade de comprimento do fio é . Afim de evitar que a temperatura ultrapasse os , pretende-se restringir a um valor a potência dissipada por efeito Joule. O máximo valor do campo de indução magnética que se pode obter dentro do solenóide é
O campo magnético num solenóide pode ser representado por: \begin{matrix} B = \mu_0 {{\dfrac{n}{z}}} i
\end{matrix}Segundo o primeiro período do enunciado, o fio de cobre é enrolado o mais junto possível, então, pode-se dizer que: \begin{matrix}z = n.d &,& n: \text{número de espiras} &\Rightarrow& B = \mu_0 {{\dfrac{1}{d}}} i & (1)
\end{matrix}O comando da questão ainda informa a presença de uma potência dissipada $P$, denotemos a resistência total de $R$, então: \begin{matrix} P = R.i^2 &\Rightarrow& i = {\sqrt{\dfrac{P}{R}}} & (2)
\end{matrix}Note que, existem $n$ espiras, assim, o comprimento do fio de cobre $(C)$ que percorre o solenóide é: \begin{matrix} C =2\pi\left(\dfrac{D}{2}\right) n &\therefore& C =\pi D {{\dfrac{z}{d}}}
\end{matrix}Novamente, pelo enunciado, sabe-se a resistência por unidade de comprimento, logo: \begin{matrix} r = {{\dfrac{R}{C}}} &\Rightarrow& \fbox{$R = \pi D{{\dfrac{z}{d}}} r$}
\end{matrix}Substituindo $R$ em $(2)$, têm-se: \begin{matrix} i = {\sqrt{\dfrac{P}{\pi D {{\dfrac{z}{d}}} r}}}
\end{matrix}Por fim, substituindo o resultado da corrente acima em $(1)$, constata-se: \begin{matrix} B = \mu_0 {{\dfrac{1}{d}}} {\sqrt{\dfrac{P}{\pi D{{\dfrac{z}{d}}} r}}} &\therefore& B = \mu_0 {\sqrt{\dfrac{P}{\pi r D z d}}} & \tiny{\blacksquare}
\end{matrix}\begin{matrix} Letra \ (E)
\end{matrix}