In u tema di u Campu Elettricu , avemu discuttu a definizione è a formula di u campu elettricu chì pò esse aduprata per calculà l'intensità di u campu elettricu pruduttu da una carica elettrica, parechje cariche elettriche o da una distribuzione di cariche elettriche. U calculu di l'intensità di u campu elettricu pruduttu da una carica elettrica o duie cariche elettriche hè facilmente risoltu aduprendu a formula di l'intensità di u campu elettricu. Sè ciò chì hè calculatu hè l'intensità di u campu elettricu pruduttu da una distribuzione di carica elettrica, u calculu hè più cumplicatu s'ellu si usa a formula di l'intensità di u campu elettricu, ma hè più faciule s'ellu si usa a lege di Gauss . Prima di studià a lege di Gauss in prufundità, capite prima u flussu elettricu perchè u cuncettu di flussu elettricu hè adupratu in a lege di Gauss.
Capiscendu u Flussu Elettricu
A parola flussu vene da a parola latina, fluere , chì significa scorrere. Litteralmente, u flussu elettricu pò esse definitu cum'è u flussu di un campu elettricu. A parola flussu quì ùn indica micca un campu elettricu chì scorre cum'è l'acqua chì scorre, ma piuttostu descrive a presenza di un campu elettricu chì punta in una certa direzzione. In u tema di e Linee di Campu Elettricu, hè statu spiegatu chì i campi elettrichi sò visualizati o rapprisentati aduprendu linee di campu elettricu, dunque u flussu hè ancu rapprisentatu cum'è linee di campu elettricu. Cusì u flussu hè e linee di campu elettricu chì passanu per una certa superficia, cum'è esemplificatu in l'imagine quì sottu.
Formula
Matematicamente, u flussu elettricu hè u pruduttu di u campu elettricu (E), di a superficia (A) è di u cosinu di l'angulu trà
linee di campu elettricu cù linee nurmali perpendiculari à a superficia.
Φ = EA cos θ ………………. (Equazione 1)
Sè e linee di u campu elettricu sò perpendiculari à a superficia ch'elle attraversanu cum'è in l'imagine, tandu l'angulu trà e linee di u campu elettricu è a linea nurmale hè 0.o, induve cos 0o = 1. Cusì a formula
trasfurmatu in:
Φ = EA cos 0o = EA (1)
Φ = EA …………. (Equazione 2)
Basatu annantu à a formula di u flussu sopra, si ponu cunclude parechje cose. Prima , u flussu hè à u so valore massimu quandu a linea di u campu elettricu hè perpendiculare à a superficia perchè in quella cundizione l'angulu trà a linea di u campu elettricu è a linea nurmale hè 0 ° , induve u valore di u cosinus di 0 ° hè 1. Siconda , u flussu hè à u so valore minimu quandu a linea di u campu elettricu hè parallela à a superficia perchè in quella cundizione l'angulu trà a linea di u campu elettricu è a linea nurmale hè 90 ° , induve u valore di u cosinus di 90 ° hè 0. Terzu , u flussu dipende da u campu elettricu (E) è da a superficia (A). In più di a superficia rettangulare cum'è in l'esempiu sopra, a superficia pò ancu esse sferica è altre.
Superficie cuperta
U flussu elettricu discrittu prima hà utilizatu l'esempiu di una superficia aperta (una superficia quadrata o rettangulare). Chì ne dici di u flussu nantu à una superficia chjusa cum'è un cubu, un bloccu o una sfera? Supponemu chì ci sianu linee di campu elettricu chì passanu per u bloccu, cum'è in a figura sottu.
E linee di u campu elettricu culurite in blu coincidenu cù e superfici superiore è inferiore di u fasciu per furmà un angulu di 90.o cù e linee nurmali di e superfici superiore è inferiore. Cusì u flussu nantu à e superfici superiore è inferiore di u fasciu hè Φ = EA cos 90o = EA (0) = 0.
E linee di u campu elettricu culurite in giallu coincidenu cù e superfici di u latu drittu è sinistro di u fasciu in modu chì formanu un angulu di 90.o cù e linee nurmali di e superfici di u latu sinistro è di u latu drittu. Cusì u flussu nantu à e superfici di u latu drittu è di u latu sinistro di u bloccu hè Φ = EA cos 90o = EA (0) = 0.
E linee di u campu elettricu culurite in rossu sò perpendiculari à e superfici anteriore è posteriore di u bloccu, furmendu un angulu di 0o cù e linee nurmali di e superfici anteriore è posteriore. Cusì u flussu hè Φ = EA cos 0o = EA (1) = E A.
In l'imagine sopra, e linee di campu elettricu rosse si vedenu muvendusi in u bloccu è dopu muvendusi fora di u bloccu. Quandu e linee di campu elettricu si movenu in u bloccu cum'è s'ellu ci era una carica negativa in u bloccu, u flussu hè negativu. À u cuntrariu, quandu e linee di campu elettricu si movenu fora di u bloccu cum'è s'ellu ci era una carica positiva in u bloccu, u flussu elettricu hè pusitivu. Qualitativamente o senza calculu, se u numeru di linee di campu elettricu chì entranu in u bloccu hè u listessu chè u numeru di linee di campu elettricu chì lascianu u bloccu, u flussu risultante hè zero. Quantitativamente o aduprendu calculi, u flussu elettricu risultante chì passa per u bloccu hè calculatu cusì: flussu entrante = Φ 1 = – EA cos 0 o = – EA (1) = -EA è flussu in uscita = Φ 2 = + EA cos 0 o = + EA (1) = +EA A. U flussu tutale hè Φ = -Φ 1 + Φ 2 = -EA + EA = 0.
Basatu annantu à i calculi sopra, si cunclude chì u flussu tutale chì passa per u bloccu, cum'è mostratu in a figura sopra, hè zeru. Si pò dì chì u flussu tutale hè zeru perchè ùn ci hè micca carica elettrica in u bloccu. Dunque, s'ellu ùn ci hè micca carica elettrica in una superficia chjusa cum'è un bloccu, un cubu, una sfera, o un altru ughjettu, u flussu tutale hè zeru. Chì succede s'ellu ci hè una carica elettrica in a superficia chjusa ?
Supponemu chì ci sia una carica elettrica à u centru di a sfera cum'è mostratu in a figura à diritta. E quattru linee di campu elettricu rapprisentate rapprisentanu altre linee di campu elettricu chì si movenu versu l'esternu da u centru di a sfera perpendicularmente à a superficia di a sfera. Ogni linea hè perpendiculare à a superficia di a sfera chì attraversa, furmendu un angulu di 0 ° cù a linea nurmale perpendiculare à a superficia di a sfera.
Flussu elettricu in a sfera:
A formula per a forza di u campu elettricu hè E = k Q / r 2 è a formula per a superficia di una sfera hè A = 4 π r 2 cusì chì a formula di u flussu cambia à:
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Sè a carica à u centru di a sfera hè +2Q tandu u flussu in a sfera hè
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Basatu annantu à a formula sopra, si cunclude chì s'ellu ci hè una carica elettrica in una superficia sferica chjusa, allora u valore di u flussu in a sfera ùn dipende micca da u diametru o da u raghju di a sfera. U valore di u flussu hè 4πk volte a carica elettrica tutale in a sfera o 1/εo volte a carica elettrica tutale in a sfera.
Unità di Flussu Elettricu
A formula basica per u flussu hè Φ = EA, induve E hè a forza di u campu elettricu è A hè a superficia. L'unità di u campu elettricu hè Newton per Coulomb (N/C) è l'unità di superficia hè u metru quadru (m2 ) , dunque l'unità di flussu hè Newton metru quadru per Coulomb (Nm2 / C).