Fisica · Elettromagnetismo
La potenza che scalda la sfera di sodio fermata
In un esperimento di laboratorio una grande sfera piena di sodio liquido è rimescolata da eliche, e il moto del metallo sostiene un campo magnetico. A un certo istante le eliche si fermano e il sodio si arresta: le correnti non sono più alimentate e il campo si spegne dissipando la propria energia per effetto Joule. Si vuole sapere con quale potenza il sodio viene riscaldato.
Modello
- Il sodio forma una sfera ferma, omogenea, di raggio $R$, conducibilità $\sigma$ e permeabilità $\mu_0$; la parete che la contiene e l'ambiente esterno si trattano come isolanti perfetti. Vale la legge di Ohm $\vec J=\sigma\vec E$ e si trascura la corrente di spostamento.
- All'istante considerato il campo è già tutto nel modo più lento: in ogni punto, dentro e fuori dalla sfera, mantiene la stessa direzione e ha intensità proporzionale a $e^{-t/\tau}$.
- Per questo modo il campo all'interno della sfera soddisfa $\nabla^{2}\vec B=-(\pi/R)^{2}\,\vec B$.
Dati
- raggio della sfera: 0,50 m
- conducibilità del sodio liquido: $1{,}0\cdot10^{7}$ S/m; permeabilità del vuoto: $4\pi\cdot10^{-7}$ H/m
- energia magnetica totale del campo all'istante considerato, contando tutto lo spazio: 80 J, di cui 64 J all'interno della sfera
Quanto vale, in quell'istante, la potenza dissipata per effetto Joule nel sodio? Esprimi il risultato in watt, arrotondato all'intero.
La tua risposta:
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Vanno bene sia 3,14 sia 3.14.