Definicija električnog fluksa
Što se tiče električnog polja, razmatrana je definicija i jednačina električnog polja koja se može koristiti za izračunavanje jačine električnog polja koju proizvodi električni naboj, nekoliko električnih naboja ili raspodjela električnog naboja. Izračun jačine električnog polja koju proizvodi električni naboj ili dva električna naboja lako se rješava pomoću formule za jačinu električnog polja. Ako se izračunava jačina električnog polja generirana raspodjelom električnog naboja, proračun je složeniji ako se koristi formula za jačinu električnog polja, ali je lakše koristiti Gaussov zakon . Prije detaljnijeg proučavanja Gaussovog zakona, prvo treba razumjeti električni fluks zbog koncepta električnog fluksa koji se koristi u Gaussovom zakonu.
Riječ fluks potiče od latinske riječi fluere, što znači teći. Električni fluks se može protumačiti kao tok električnog polja. Riječ tok ovdje ne prikazuje električno polje koje teče poput tekuće vode, već objašnjava postojanje električnog polja koje vodi u određenom smjeru. Što se tiče linija električnog polja, objašnjeno je da se električno polje vizualizira ili crta pomoću linija električnog polja, te se stoga električni fluksevi također opisuju kao linije električnog polja. Dakle, električni fluks je linija električnog polja koja prolazi određenom površinom, kao što je prikazano na slici ispod.
Jednačina električnog fluksa
Matematički, električni fluks je proizvod električnog polja (E), površine (A) i kosinusa ugla između linije električnog polja i normale okomite na površinu.
F = EA cos θ ……………. (jednačina 1)
Ako su linije električnog polja okomite na površinu koju prolaze kao na slici, tada je ugao između linije električnog polja i normale 0 ° , gdje je cos 0 ° = 1. Stoga se formula za električni fluks mijenja u:
F = EA cos 0o = EA (1)
F = EA ……………. (Jednačina 2)
Na osnovu gornje formule, električni fluks zaključuje nekoliko stvari. Prvo, električni fluks je maksimalan kada je linija električnog polja okomita na površinu jer je u ovom uvjetu ugao između linije električnog polja i normale 0°, gdje je kosinus 0° jednak 1. Drugo, električni fluks je minimalan kada je linija električnog polja paralelna s površinom jer je u ovom uvjetu ugao između linije električnog polja i normale 90 ° , gdje je kosinus 90 ° jednak 0. Treće, električni fluks ovisi o električnom polju (E) i površini (A). Pored kvadratnog oblika površine kao u gornjem primjeru, površina može biti i sferna i druga.
Električni fluks na zatvorenoj površini
Električni naboj opisan ranije koristi primjer otvorene površine (kvadratne ili pravokutne površine). Kako se električni fluksevi prenose na zatvorene površine poput kocki, greda ili kugli? Pretpostavimo da postoje linije električnog polja koje prolaze kroz gredu, kao što je prikazano ispod.
Linije električnog polja, obojene plavom bojom, poklapaju se s gornjom i donjom površinom snopa tako da formiraju ugao od 90 stepeni.o sa normalnom linijom gornje i donje površine. Dakle, električni fluks na gornjoj i donjoj površini snopa je F = EA cos 90o = EA (0) = 0.
Linije električnog polja, koje su označene žutom bojom, poklapaju se sa desnom i lijevom bočnom površinom snopa tako da formiraju ugao od 90 ° sa normalom lijeve i desne bočne površine. Dakle, električni fluks na desnoj i lijevoj strani snopa je F = EA cos 90 ° = EA(0) = 0.
Linije električnog polja su postavljene pod crvenom okomicom na prednju i zadnju površinu snopa tako da formiraju ugao od 0 ° sa normalom prednje i zadnje površine. Dakle, električni fluks je F = EA cos 0 ° = EA (1) = EA.
Na gornjoj slici, vidljive crvene linije električnog polja kreću se u snop, a zatim iz snopa. Kada se linije električnog polja kreću u snop kao da se unutar snopa nalazi negativno naelektrisanje, električni fluks je negativan. Obrnuto, kada se linije električnog polja kreću iz snopa kao da se unutar snopa nalazi pozitivno naelektrisanje, električni fluks je pozitivan. Kvalitativno, ako je broj linija električnog polja koje ulaze u snop jednak broju linija električnog polja koje izlaze iz snopa, rezultujući električni fluks je nula. Kvantitativno, rezultujući električni fluks koji prolazi kroz snop izračunava se na sljedeći način: dolazni električni fluks = F1 = –EA cos0o = –EA(1) = -EA i odlazni električni fluks = F2 = + EA cos0o = + EA(1) = + EA. Ukupni električni fluks je F = – F1 + F2 = -EA + EA = 0.
Na osnovu gore navedenih proračuna, zaključeno je da je ukupni električni fluks koji prolazi kroz snop kao na gornjoj slici jednak nuli. Može se reći da je ukupni električni fluks jednak nuli jer u snopu nema električnog naboja. Dakle, ako nema električnog naboja u zatvorenoj površini kao što su grede, kocke, sfere itd., ukupni električni fluks je jednak nuli. Šta ako postoji električni naboj na zatvorenoj površini?
Pretpostavimo da se u centru kugle nalazi električni naboj, kao što je prikazano na slici sa strane. Četiri linije električnog polja opisane su kao linije drugih električnih polja koje se kreću iz centra sfere okomito na površinu sfere. Svaka linija je okomita na površinu kugle, kroz koju tvori ugao od 0o s normalnom linijom okomitom na površinu kugle.
Električni fluks na kugli: Φ = E A.
Formula za jačinu električnog polja je E = kq / r² , a jednačina za površinu sfere je A = 4 pr² , tako da se formula električnog fluksa mijenja u:
Ako je naelektrisanje u centru kugle + 2Q, tada je električni fluks na kugli
Na osnovu formule za električni fluks, zaključuje se da ako postoji električni naboj u zatvorenoj sfernoj površini,
Vrijednost električnog fluksa na kugli ne zavisi od prečnika ili radijusa kugle. Veličina električnog fluksa je 4πk puta ukupni električni naboj u kugli, ili 1/ε0 puta ukupni električni naboj u kugli.
Jedinica električnog fluksa
Osnovna formula električnog fluksa je F = EA, gdje je E jačina električnog polja, a A površina. Jedinica električnog polja je Njutn po Kulonu (N/C), a jedinica površine je kvadratni metar (m² ) , tako da je jedinica električnog fluksa Njutn kvadratni metar po Kulonu (Nm² / C).
