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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

Vanno bene sia 3,14 sia 3.14.