Gaiari buruz Eremu elektrikoa, karga elektriko batek, hainbat karga elektrikok edo karga elektrikoen banaketa batek sortutako eremu elektrikoaren indarra kalkulatzeko erabil daitekeen eremu elektrikoaren definizioa eta formula aztertu ditugu. Karga elektriko batek edo bi karga elektrikok sortutako eremu elektrikoaren indarraren kalkulua erraz konpontzen da eremu elektrikoaren indarraren formula erabiliz. Kalkulua karga elektrikoen banaketa batek sortutako eremu elektrikoaren indarra bada, kalkulua konplexuagoa da eremu elektrikoaren indarraren formula erabiliz gero, baina errazagoa da erabiliz gero. Gauss-en legeaGauss-en legea sakon aztertu aurretik, lehenik fluxu elektrikoa ulertu behar dugu, fluxu elektrikoaren kontzeptua Gauss-en legean erabiltzen baita.
Fluxu elektrikoa ulertzea
Fluxu hitza latinezko hitzetik dator. fluere, hau da, isuri. Literalki, fluxu elektrikoa eremu elektriko baten fluxu gisa defini daiteke. Hemen "fluxu" hitzak ez du uraren antzeko eremu elektriko isuri bat adierazten, baizik eta norabide jakin batera seinalatzen duen eremu elektriko baten presentzia deskribatzen du. Gaiari buruz Eremu elektrikoaren lerroak Azaldu da eremu elektrikoak eremu elektrikoen lerroen bidez bistaratzen edo irudikatzen direla, beraz, fluxua ere eremu elektrikoen lerroen bidez irudikatzen da. Beraz, fluxua gainazal jakin batetik igarotzen diren eremu elektrikoen lerroak dira, beheko irudian ikusten den bezala.
Formula
Matematikoki, fluxu elektrikoa eremu elektrikoaren (E), azaleraren (A) eta bien arteko angeluaren kosinuaren biderkadura da.
gainazalarekiko perpendikularrak diren lerro normalak dituzten eremu elektrikoen lerroak.
Φ = EA cos θ ………………. (1. ekuazioa)
Eremu elektrikoaren lerroak irudian bezala zeharkatzen duten gainazalarekiko perpendikularrak badira, eremu elektrikoaren lerroen eta lerro normalaren arteko angelua 0 da.o, non cos 0 deno = 1. Beraz, formula
eraldatua:
Φ = EA cos 0o = EA (1)
Φ = EA ………………. (2. ekuazioa)
Goiko fluxu-formulan oinarrituta, hainbat gauza ondoriozta daitezke. Lehenengoa, fluxuaren balio maximoa eremu elektrikoaren lerroa gainazalarekiko perpendikularra denean da, baldintza horretan eremu elektrikoaren lerroaren eta lerro normalaren arteko angelua 0 baita.o, non kosinuaren balioa 0 deno 1 da. Bigarrena, fluxuaren balio minimoa eremu elektrikoaren lerroak gainazalarekiko paraleloak direnean da, baldintza horretan eremu elektrikoaren lerroen eta lerro normalaren arteko angelua 90° delako.o, non kosinuaren balioa 90 deno 0 da. Hirugarrena, fluxua eremu elektrikoaren (E) eta azaleraren (A) araberakoa da. Goiko adibidean bezala azalera angeluzuzenaz gain, azalera esferikoa eta beste forma batzuk ere izan daitezke.
Estalitako gainazala
Aurretik deskribatutako fluxu elektrikoak gainazal ireki baten adibidea erabili zuen (azalera karratua edo angeluzuzena). Zer gertatzen da kubo, bloke edo esfera bezalako gainazal itxi bateko fluxuarekin? Demagun bloketik igarotzen diren eremu elektriko lerroak daudela, beheko irudian bezala.
Urdin koloreko eremu elektrikoaren lerroak izpiaren goiko eta beheko gainazalekin bat datoz, 90°-ko angelua osatuz.o goiko eta beheko gainazalen lerro normalekin. Beraz, habearen goiko eta beheko gainazaletako fluxua Φ = EA cos 90 da.o = EA (0) = 0.
Horiz koloreztatutako eremu elektrikoaren lerroak izpiaren eskuin eta ezkerreko gainazalekin bat datoz, 90°-ko angelua osatuz.o ezkerreko eta eskuineko gainazalen lerro normalekin. Beraz, blokearen eskuineko eta ezkerreko gainazalen fluxua Φ = EA cos 90 da.o = EA (0) = 0.
Gorriz koloreztatutako eremu elektrikoaren lerroak blokearen aurrealdeko eta atzeko gainazalekiko perpendikularrak dira, 0 angelua osatuz.o aurrealdeko eta atzeko gainazalen lerro normalekin. Beraz, fluxua Φ = EA cos 0 dao = EA (1) = E A.
Goiko irudian, eremu elektriko gorriak blokean sartzen eta gero bloketik ateratzen direla dirudi. Eremu elektriko lerroak blokean sartzen direnean, blokearen barruan karga negatibo bat balego bezala, fluxua negatiboa da. Alderantziz, eremu elektriko lerroak bloketik ateratzen direnean, blokearen barruan karga positiboa balego bezala, fluxu elektrikoa positiboa da. Kualitatiboki edo kalkulurik gabe, blokean sartzen diren eremu elektriko lerroen kopurua bloketik irteten diren eremu elektriko lerroen kopuruaren berdina bada, fluxu erresultantea zero da. Kuantitatiboki edo kalkuluak erabiliz, bloketik igarotzen den fluxu elektriko erresultantea honela kalkulatzen da: sarrerako fluxua = Φ1 = – EA cos 0o = – EA (1) = -EA eta kanpoko fluxua = Φ2 = + EA cos 0o = + EA (1) = +E A. Fluxu osoa Φ = -Φ da1 + Φ2 = -EA + EA = 0.
Goiko kalkuluetan oinarrituta, ondorioztatzen da bloketik igarotzen den fluxu osoa, goiko irudian erakusten den bezala, zero dela. Esan daiteke fluxu osoa zero dela blokearen barruan karga elektrikorik ez dagoelako. Beraz, bloke, kubo, esfera edo beste objektu bat bezalako gainazal itxi batean karga elektrikorik ez badago, fluxu osoa zero da. Zer gertatzen da gainazal itxiaren barruan karga elektrikoa badago?
Demagun esferaren erdian karga elektriko bat dagoela, eskuineko irudian ikusten den bezala. Irudikatutako lau eremu elektriko lerroek esferaren erdigunetik kanporantz mugitzen diren beste eremu elektriko lerro batzuk adierazten dituzte, esferaren gainazalarekiko perpendikularrak direnak. Lerro bakoitza zeharkatzen duen esferaren gainazalarekiko perpendikularra da, 0°-ko angelua osatuz.o esferaren gainazalarekiko perpendikularra den lerro normal batekin.
Esferako fluxu elektrikoa:
Eremu elektrikoaren intentsitatearen formula E = k Q / r da2 eta esfera baten azaleraren formula A = 4 π r da2 beraz, fluxuaren formula honela aldatzen da:
![]()
Esferaren erdiguneko karga +2Q bada, orduan esferako fluxua hau da:
![]()
Goiko formulan oinarrituta, ondoriozta daiteke gainazal esferiko itxi baten barruan karga elektrikoa badago, esferaren fluxu-balioa ez dagoela esferaren diametroaren edo erradioaren araberakoa. Fluxu-balioa esferaren barruko karga elektriko totalaren 4πk bider da, edo 1/ε.o pilotaren barruko karga elektriko osoaren bider.
Fluxu Elektriko Unitatea
Fluxuaren oinarrizko formula Φ = EA da, non E eremu elektrikoaren indarra eta A azalera den. Eremu elektrikoaren unitatea Newton Coulomb bakoitzeko (N/C) da eta azaleraren unitatea metro karratua (m2) beraz, fluxuaren unitatea Coulomb bakoitzeko Newton metro karratua da (Nm2/C).