En la temo pri Elektra Kampo , ni diskutis la difinon kaj formulon de elektra kampo, kiu povas esti uzata por kalkuli la elektran kampan intensecon produktitan de unu elektra ŝargo, pluraj elektraj ŝargoj aŭ de distribuo de elektraj ŝargoj. Kalkulo de la elektra kampa intenseco produktita de elektra ŝargo aŭ du elektraj ŝargoj estas facile solvita per la formulo pri elektra kampa intenseco. Se tio, kio estas kalkulata, estas la elektra kampa intenseco produktita de elektra ŝarga distribuo, la kalkulo estas pli komplika se oni uzas la formulon pri elektra kampa intenseco, sed pli facila se oni uzas la leĝon de Gauss . Antaŭ ol studi la leĝon de Gauss detale, unue komprenu la elektran fluon, ĉar la koncepto de elektra fluo estas uzata en la leĝo de Gauss.
Komprenante Elektran Fluon
La vorto fluo devenas de la latina vorto fluere , kiu signifas flui. Laŭvorte, elektra fluo povas esti difinita kiel la fluo de elektra kampo. La vorto fluo ĉi tie ne indikas elektran kampon fluantan kiel fluanta akvo, sed prefere priskribas la ĉeeston de elektra kampo, kiu montras en certa direkto. En la temo de Elektraj Kampaj Linioj, estis klarigite, ke elektraj kampoj estas bildigitaj aŭ prezentitaj per elektraj kampolinioj, tial fluo ankaŭ estas prezentita kiel elektraj kampolinioj. Do fluo estas la elektraj kampolinioj, kiuj pasas tra certa surfacareo, kiel ekzempligite en la suba bildo.
Formulo
Matematike, elektra fluo estas la produto de la elektra kampo (E), surfacareo (A) kaj la kosinuso de la angulo inter
elektraj kampolinioj kun normalaj linioj perpendikularaj al la surfaco.
Φ = EA cos θ ………………. (Ekvacio 1)
Se la elektraj kampolinioj estas perpendikularaj al la surfaco, kiun ili trapasas, kiel en la bildo, tiam la angulo inter la elektraj kampolinioj kaj la normala linio estas 0.o, kie cos 0o = 1. Tiel la formulo
transformita en:
Φ = EA cos 0o = EA (1)
Φ = EA …………. (Ekvacio 2)
Surbaze de la supre menciita formulo pri fluo, oni povas konkludi pri pluraj aferoj. Unue , la fluo estas je sia maksimuma valoro kiam la linio de la elektra kampo estas perpendikulara al la surfacareo, ĉar en tiu kondiĉo la angulo inter la linio de la elektra kampo kaj la normala linio estas 0 ° , kie la kosinuso de 0 ° estas 1. Due , la fluo estas je sia minimuma valoro kiam la linio de la elektra kampo estas paralela al la surfacareo, ĉar en tiu kondiĉo la angulo inter la linio de la elektra kampo kaj la normala linio estas 90 ° , kie la kosinuso de 90 ° estas 0. Trie , la fluo dependas de la elektra kampo (E) kaj la surfacareo (A). Aldone al la rektangula surfacareo kiel en la supra ekzemplo, la surfacareo ankaŭ povas esti sfera kaj aliaj.
Kovrita Surfaco
La antaŭe priskribita elektra fluo uzis la ekzemplon de malferma surfaco (kvadrata aŭ rektangula surfacareo). Kio pri la fluo sur fermita surfaco kiel kubo, bloko aŭ sfero? Supozu, ke ekzistas elektraj kampolinioj trapasantaj la blokon, kiel en la suba figuro.
La blukoloraj elektraj kampolinioj koincidas kun la supra kaj malsupra surfacoj de la radio, tiel ke ili formas 90-gradan angulon.o kun la normalaj linioj de la supra kaj malsupra surfacoj. Tiel la fluo sur la supra kaj malsupra surfacoj de la trabo estas Φ = EA cos 90o = EA (0) = 0.
La elektraj kampolinioj koloritaj flave koincidas kun la dekstra kaj maldekstra flankaj surfacoj de la trabo tiel ke ili formas 90-gradan angulon.o kun la normalaj linioj de la maldekstra kaj dekstra flankoj. Tiel la fluo sur la dekstra kaj maldekstra flankoj de la bloko estas Φ = EA cos 90o = EA (0) = 0.
La elektraj kampolinioj koloritaj ruĝe estas perpendikularaj al la antaŭa kaj malantaŭa surfacoj de la bloko, formante angulon de 0o kun la normalaj linioj de la antaŭa kaj malantaŭa surfacoj. Tiel la fluo estas Φ = EA cos 0o = EA (1) = E A.
En la supra bildo, la ruĝaj elektraj kampolinioj videblas moviĝantaj en la blokon kaj poste moviĝantaj el la bloko. Kiam la elektraj kampolinioj moviĝas en la blokon kvazaŭ estus negativa ŝargo en la bloko, la fluo estas negativa. Male, kiam la elektraj kampolinioj moviĝas el la bloko kvazaŭ estus pozitiva ŝargo en la bloko, la elektra fluo estas pozitiva. Kvalite aŭ sen kalkulo, se la nombro da elektraj kampolinioj enirantaj la blokon estas la sama kiel la nombro da elektraj kampolinioj forlasantaj la blokon, la rezulta fluo estas nulo. Kvante aŭ per kalkuloj, la rezulta elektra fluo pasanta tra la bloko estas kalkulata jene: alvenanta fluo = Φ1 = –EA cos 0o = –EA(1) = -EA kaj eliranta fluo = Φ2 = +EA cos 0o = +EA(1) = +EAA. La tuta fluo estas Φ = -Φ1 + Φ2 = -EA + EA = 0.
Surbaze de la kalkuloj supre, oni konkludas, ke la tuta fluo trapasanta la blokon, kiel montrite en la supra figuro, estas nulo. Oni povas diri, ke la tuta fluo estas nulo ĉar ne estas elektra ŝargo ene de la bloko. Tial, se ne estas elektra ŝargo ene de fermita surfaco kiel bloko, kubo, sfero aŭ alia objekto, la tuta fluo estas nulo. Kio se estas elektra ŝargo ene de la fermita surfaco?
Supozu, ke estas elektra ŝargo en la centro de la sfero, kiel montrite en la dekstra figuro. La kvar montritaj elektraj kampolinioj reprezentas aliajn elektrajn kampoliniojn, kiuj moviĝas eksteren de la centro de la sfero perpendikulare al la surfaco de la sfero. Ĉiu linio estas perpendikulara al la surfaco de la sfero, tra kiu ĝi pasas, formante angulon de 0 ° kun la normala linio perpendikulara al la surfaco de la sfero.
Elektra fluo en la sfero:
La formulo por la intenseco de la elektra kampo estas E = k Q / r² kaj la formulo por la surfacareo de sfero estas A = 4 π r² , tiel ke la formulo de la fluo ŝanĝiĝas al:
![]()
Se la ŝargo en la centro de la sfero estas +2Q, tiam la fluo en la sfero estas
![]()
Surbaze de la supra formulo, oni konkludas, ke se ekzistas elektra ŝargo ene de fermita sfera surfaco, tiam la fluksvaloro en la sfero ne dependas de la diametro aŭ radiuso de la sfero. La fluksvaloro estas 4πk-oble la tuta elektra ŝargo ene de la sfero aŭ 1/εoble la tuta elektra ŝargo ene de la sfero.
Elektra Flua Unuo
La baza formulo por fluo estas Φ = EA, kie E estas la intenseco de la elektra kampo kaj A estas la surfacareo. La unuo de la elektra kampo estas Neŭtono por Kulombo (N/C) kaj la unuo de surfacareo estas la kvadrata metro (m² ) , do la unuo de fluo estas Neŭtono-kvadrata metro por Kulombo (Nm² / C).