Fflwcs Trydanol

Yn y pwnc Maes Trydanol , rydym wedi trafod y diffiniad a'r fformiwla ar gyfer maes trydanol y gellir eu defnyddio i gyfrifo cryfder y maes trydanol a gynhyrchir gan un gwefr drydanol, sawl gwefr drydanol neu gan ddosbarthiad o wefrau trydanol. Mae cyfrifo cryfder y maes trydanol a gynhyrchir gan wefr drydanol neu ddau wefr drydanol yn hawdd ei ddatrys gan ddefnyddio'r fformiwla cryfder maes trydanol. Os yw'r hyn a gyfrifir yn gryfder y maes trydanol a gynhyrchir gan ddosbarthiad gwefr drydanol, mae'r cyfrifiad yn fwy cymhleth os defnyddir y fformiwla cryfder maes trydanol ond mae'n haws os defnyddir cyfraith Gauss . Cyn astudio cyfraith Gauss yn fanwl, deallwch fflwcs trydanol yn gyntaf oherwydd defnyddir y cysyniad o fflwcs trydanol yng nghyfraith Gauss.

Deall Fflwcs Trydanol

Daw'r gair fflwcs o'r gair Lladin, fluere , sy'n golygu llifo. Yn llythrennol, gellir diffinio fflwcs trydan fel llif maes trydan. Nid yw'r gair llif yma yn dynodi maes trydan sy'n llifo fel dŵr sy'n llifo, ond yn hytrach yn disgrifio presenoldeb maes trydan sy'n pwyntio i gyfeiriad penodol. Yn y pwnc Llinellau Maes Trydanol, esboniwyd bod meysydd trydan yn cael eu delweddu neu eu darlunio gan ddefnyddio llinellau maes trydan, felly mae fflwcs hefyd yn cael ei ddarlunio fel llinellau maes trydan. Felly fflwcs yw'r llinellau maes trydan sy'n mynd trwy arwynebedd penodol, fel y dangosir yn y ddelwedd isod.

Fformiwla 

Yn fathemategol, fflwcs trydan yw cynnyrch y maes trydan (E), arwynebedd (A) a chosin yr ongl rhwng Fflwcs Trydanol 1llinellau maes trydanol gyda llinellau normal yn berpendicwlar i'r wyneb.

Φ = EA cos θ ……………. (Hafaliad 1)

Os yw'r llinellau maes trydan yn berpendicwlar i'r arwynebedd maen nhw'n mynd drwyddo fel yn y llun, yna'r ongl rhwng y llinellau maes trydan a'r llinell normal yw 0.o, lle mae cos 0o = 1. Felly'r fformiwla Fflwcs Trydanol 2wedi'i drawsnewid yn:

Φ = EA cos 0o = EA (1)
Φ = EA ……………. (Hafaliad 2)

Yn seiliedig ar y fformiwla fflwcs uchod, gellir dod i gasgliad am sawl peth. Yn gyntaf , mae'r fflwcs ar ei werth mwyaf pan fydd llinell y maes trydan yn berpendicwlar i'r arwynebedd oherwydd yn yr amod hwnnw mae'r ongl rhwng llinell y maes trydan a'r llinell normal yn 0 ° , lle mae gwerth cosin 0 ° yn 1. Yn ail , mae'r fflwcs ar ei werth lleiaf pan fydd llinell y maes trydan yn gyfochrog â'r arwynebedd oherwydd yn yr amod hwnnw mae'r ongl rhwng llinell y maes trydan a'r llinell normal yn 90 ° , lle mae gwerth cosin 90 ° yn 0. Yn drydydd , mae'r fflwcs yn dibynnu ar y maes trydan (E) a'r arwynebedd (A). Yn ogystal â'r arwynebedd petryalog fel yn yr enghraifft uchod, gall yr arwynebedd hefyd fod yn sfferig ac eraill.

Arwyneb Gorchuddiedig

Defnyddiodd y fflwcs trydanol a ddisgrifiwyd yn flaenorol yr enghraifft o arwyneb agored (arwynebedd sgwâr neu betryal). Beth am y fflwcs ar arwyneb caeedig fel ciwb, bloc, neu sffêr? Tybiwch fod llinellau maes trydanol yn mynd trwy'r bloc, fel yn y ffigur isod.
Mae'r llinellau maes trydan lliw glas yn cyd-daro ag arwynebau uchaf ac isaf y trawst i ffurfio ongl 90 gradd.o gyda llinellau normal yr arwynebau uchaf ac isaf. Felly'r fflwcs ar arwynebau uchaf ac isaf y trawst yw Φ = EA cos 90o = EA (0) = 0.

Fflwcs Trydanol 3Mae'r llinellau maes trydan lliw melyn yn cyd-daro ag arwynebau ochr dde a chwith y trawst fel eu bod yn ffurfio ongl 90 gradd.o gyda llinellau normal arwynebau'r ochrau chwith a dde. Felly'r fflwcs ar arwynebau dde a chwith y bloc yw Φ = EA cos 90o = EA (0) = 0.
Mae'r llinellau maes trydan sydd wedi'u lliwio'n goch yn berpendicwlar i arwynebau blaen a chefn y bloc, gan ffurfio ongl o 0.o gyda llinellau normal yr arwynebau blaen a chefn. Felly'r fflwcs yw Φ = EA cos 0o = EA (1) = E A.

Yn y ddelwedd uchod, gwelir y llinellau maes trydan coch yn symud i mewn i'r bloc ac yna'n symud allan o'r bloc. Pan fydd y llinellau maes trydan yn symud i mewn i'r bloc fel pe bai gwefr negatif yn y bloc, mae'r fflwcs yn negatif. I'r gwrthwyneb, pan fydd y llinellau maes trydan yn symud allan o'r bloc fel pe bai gwefr bositif yn y bloc, mae'r fflwcs trydan yn bositif. Yn ansoddol neu heb gyfrifiad, os yw nifer y llinellau maes trydan sy'n mynd i mewn i'r bloc yr un fath â nifer y llinellau maes trydan sy'n gadael y bloc, mae'r fflwcs canlyniadol yn sero. Yn feintiol neu gan ddefnyddio cyfrifiadau, cyfrifir y fflwcs trydan canlyniadol sy'n mynd trwy'r bloc fel a ganlyn: fflwcs sy'n dod i mewn = Φ 1 = – EA cos 0 o = – EA (1) = -EA a fflwcs sy'n mynd allan = Φ 2 = + EA cos 0 o = + EA (1) = +EA A. Y fflwcs cyfanswm yw Φ = -Φ 1 + Φ 2 = -EA + EA = 0.

Yn seiliedig ar y cyfrifiadau uchod, daethpwyd i'r casgliad bod cyfanswm y fflwcs sy'n mynd trwy'r bloc, fel y dangosir yn y ffigur uchod, yn sero. Gellir dweud bod cyfanswm y fflwcs yn sero oherwydd nad oes gwefr drydanol o fewn y bloc. Felly, os nad oes gwefr drydanol o fewn arwyneb caeedig fel bloc, ciwb, sffêr, neu wrthrych arall, cyfanswm y fflwcs yw sero. Beth os oes gwefr drydanol o fewn yr arwyneb caeedig?

Tybiwch fod gwefr drydanol yng nghanol y sffêr fel y dangosir yn y ffigur ar y dde. Mae'r pedair llinell maes trydanol a ddarlunnir yn cynrychioli llinellau maes trydanol eraill sy'n symud allan o ganol y sffêr sy'n berpendicwlar i wyneb y sffêr. Mae pob llinell yn berpendicwlar i wyneb y sffêr y mae'n mynd drwyddo, gan ffurfio ongl o 0 ° gyda'r llinell normal sy'n berpendicwlar i wyneb y sffêr.

Fflwcs trydanol yn y sffêr:

Y fformiwla ar gyfer cryfder maes trydan yw E = k Q / r 2 a'r fformiwla ar gyfer arwynebedd sffêr yw A = 4 π r 2 fel bod y fformiwla fflwcs yn newid i:

Fflwcs Trydanol 5

Os yw'r gwefr yng nghanol y sffêr yn +2Q yna'r fflwcs yn y sffêr yw

Fflwcs Trydanol 6

Yn seiliedig ar y fformiwla uchod, y casgliad yw, os oes gwefr drydanol y tu mewn i arwyneb sfferig caeedig, nad yw gwerth y fflwcs yn y sffêr yn dibynnu ar ddiamedr na radiws y sffêr. Mae gwerth y fflwcs yn 4πk gwaith cyfanswm y gwefr drydanol y tu mewn i'r sffêr neu 1/ε o waith cyfanswm y gwefr drydanol y tu mewn i'r sffêr.

Uned Fflwcs Trydanol

Y fformiwla sylfaenol ar gyfer fflwcs yw Φ = EA, lle mae E yn gryfder y maes trydanol ac A yw'r arwynebedd. Uned y maes trydanol yw Newton fesul Coulomb (N/C) ac uned yr arwynebedd yw'r metr sgwâr (m² ) felly uned y fflwcs yw Newton metr sgwâr fesul Coulomb (Nm² / C).

 

Gadewch sylw