ელექტრული ნაკადი

ელექტრული ველის თემაში განვიხილეთ ელექტრული ველის განმარტება და ფორმულა, რომლის გამოყენებაც შესაძლებელია ერთი ელექტრული მუხტის, რამდენიმე ელექტრული მუხტის ან ელექტრული მუხტების განაწილებით წარმოქმნილი ელექტრული ველის სიძლიერის გამოსათვლელად. ელექტრული მუხტის ან ორი ელექტრული მუხტის მიერ წარმოქმნილი ელექტრული ველის სიძლიერის გამოთვლა მარტივად შეიძლება ელექტრული ველის სიძლიერის ფორმულის გამოყენებით. თუ გამოითვლება ელექტრული მუხტის განაწილებით წარმოქმნილი ელექტრული ველის სიძლიერე, გამოთვლა უფრო რთულია ელექტრული ველის სიძლიერის ფორმულის გამოყენებით, მაგრამ უფრო ადვილია გაუსის კანონის გამოყენებით . გაუსის კანონის სიღრმისეულად შესწავლამდე, ჯერ გაიგეთ ელექტრული ნაკადი, რადგან ელექტრული ნაკადის კონცეფცია გამოიყენება გაუსის კანონში.

ელექტრული ნაკადის გაგება

სიტყვა „ფლუქსი“ მომდინარეობს ლათინური სიტყვიდან „ფლუერი“ , რაც ნაკადს ნიშნავს. სიტყვასიტყვით, ელექტრული ნაკადი შეიძლება განისაზღვროს, როგორც ელექტრული ველის ნაკადი. სიტყვა „ფლოუ“ აქ არ მიუთითებს ელექტრულ ველზე, რომელიც მიედინება წყლის მსგავსად, არამედ აღწერს ელექტრული ველის არსებობას, რომელიც გარკვეული მიმართულებით არის მიმართული. თემაში „ ელექტრული ველის ხაზები“ ახსნილი იყო, რომ ელექტრული ველები ვიზუალიზებული ან გამოსახულია ელექტრული ველის ხაზების გამოყენებით, ამიტომ ნაკადი ასევე გამოსახულია, როგორც ელექტრული ველის ხაზები. ამრიგად, ნაკადი არის ელექტრული ველის ხაზები, რომლებიც გადის გარკვეულ ზედაპირის ფართობზე, როგორც ეს ნაჩვენებია ქვემოთ მოცემულ სურათზე.

ფორმულა 

მათემატიკურად, ელექტრული ნაკადი არის ელექტრული ველის (E), ზედაპირის ფართობის (A) და კუთხის კოსინუსის ნამრავლი ელექტრული ნაკადი 1ელექტრული ველის ხაზები ზედაპირის პერპენდიკულარული ნორმალური ხაზებით.

Φ = EA cos θ ……………. (განტოლება 1)

თუ ელექტრული ველის ხაზები პერპენდიკულარულია იმ ზედაპირის ფართობზე, რომელსაც ისინი გადიან, როგორც ეს სურათზეა ნაჩვენები, მაშინ ელექტრული ველის ხაზებსა და ნორმალს შორის კუთხე 0-ის ტოლია.o, სადაც cos 0o = 1. ამრიგად, ფორმულა ელექტრული ნაკადი 2გარდაიქმნა:

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

ზემოთ მოცემული ნაკადის ფორმულის საფუძველზე, რამდენიმე დასკვნის გაკეთება შეიძლება. პირველი , ნაკადი მაქსიმალურ მნიშვნელობას აღწევს, როდესაც ელექტრული ველის ხაზი ზედაპირის ფართობის პერპენდიკულარულია, რადგან ამ პირობებში ელექტრული ველის ხაზსა და ნორმალურ ხაზს შორის კუთხე 0 °-ია , სადაც 0 ° -ის კოსინუსური მნიშვნელობა 1-ის ტოლია. მეორე , ნაკადი მინიმალურ მნიშვნელობას აღწევს, როდესაც ელექტრული ველის ხაზი ზედაპირის ფართობის პარალელურია, რადგან ამ პირობებში ელექტრული ველის ხაზსა და ნორმალურ ხაზს შორის კუთხე 90 ° -ია, სადაც 90 ° -ის კოსინუსური მნიშვნელობა 0-ის ტოლია. მესამე , ნაკადი დამოკიდებულია ელექტრულ ველზე (E) და ზედაპირის ფართობზე (A). ზემოთ მოცემულ მაგალითში მოცემული მართკუთხა ზედაპირის ფართობის გარდა, ზედაპირის ფართობი ასევე შეიძლება იყოს სფერული და სხვა.

დაფარული ზედაპირი

ადრე აღწერილ ელექტრულ ნაკადში გამოყენებული იყო ღია ზედაპირის (კვადრატული ან მართკუთხა ზედაპირის ფართობი) მაგალითი. რას იტყვით დახურულ ზედაპირზე, როგორიცაა კუბი, ბლოკი ან სფერო, ნაკადზე? დავუშვათ, რომ ბლოკში გადის ელექტრული ველის ხაზები, როგორც ეს ქვემოთ მოცემულ ფიგურაზეა ნაჩვენები.
ლურჯად შეფერილი ელექტრული ველის ხაზები სხივის ზედა და ქვედა ზედაპირებს ემთხვევა 90 გრადუსიანი კუთხის შესაქმნელად.o ზედა და ქვედა ზედაპირების ნორმალური ხაზებით. ამრიგად, სხივის ზედა და ქვედა ზედაპირებზე ნაკადი არის Φ = EA cos 90o = EA (0) = 0.

ელექტრული ნაკადი 3ყვითლად შეფერილი ელექტრული ველის ხაზები ემთხვევა სხივის მარჯვენა და მარცხენა ზედაპირებს ისე, რომ ისინი ქმნიან 90 გრადუსიან კუთხეს.o მარცხენა და მარჯვენა გვერდითი ზედაპირების ნორმალური ხაზებით. ამრიგად, ბლოკის მარჯვენა და მარცხენა ზედაპირებზე ნაკადი არის Φ = EA cos 90o = EA (0) = 0.
წითლად შეფერილი ელექტრული ველის ხაზები ბლოკის წინა და უკანა ზედაპირების პერპენდიკულარულია და 0° კუთხეს ქმნის.o წინა და უკანა ზედაპირების ნორმალური ხაზებით. ამრიგად, ნაკადი არის Φ = EA cos 0o = EA (1) = E A.

ზემოთ მოცემულ სურათზე ჩანს, რომ წითელი ელექტრული ველის ხაზები ბლოკში მოძრაობენ და შემდეგ ბლოკიდან გამოდიან. როდესაც ელექტრული ველის ხაზები ბლოკში მოძრაობენ ისე, თითქოს ბლოკში უარყოფითი მუხტია, ნაკადი უარყოფითია. პირიქით, როდესაც ელექტრული ველის ხაზები ბლოკიდან მოძრაობენ ისე, თითქოს ბლოკში დადებითი მუხტია, ელექტრული ნაკადი დადებითია. თვისებრივად ან გამოთვლის გარეშე, თუ ბლოკში შემავალი ელექტრული ველის ხაზების რაოდენობა ტოლია ბლოკიდან გამომავალი ელექტრული ველის ხაზების რაოდენობისა, შედეგად მიღებული ნაკადი ნულის ტოლია. რაოდენობრივად ან გამოთვლების გამოყენებით, ბლოკში გამავალი შედეგად მიღებული ელექტრული ნაკადი გამოითვლება შემდეგნაირად: შემომავალი ნაკადი = Φ 1 = – EA cos 0 o = – EA (1) = -EA და გამომავალი ნაკადი = Φ 2 = + EA cos 0 o = + EA (1) = +E A. საერთო ნაკადია Φ = -Φ 1 + Φ 2 = -EA + EA = 0.

ზემოთ მოცემული გამოთვლების საფუძველზე, დაასკვნეს, რომ ბლოკში გამავალი სრული ნაკადი, როგორც ეს ზემოთ მოცემულ ფიგურაზეა ნაჩვენები, ნულის ტოლია. შეიძლება ითქვას, რომ სრული ნაკადი ნულის ტოლია, რადგან ბლოკში ელექტრული მუხტი არ არის. შესაბამისად, თუ დახურულ ზედაპირზე, როგორიცაა ბლოკი, კუბი, სფერო ან სხვა ობიექტი, ელექტრული მუხტი არ არის, სრული ნაკადი ნულის ტოლია. რა მოხდება, თუ დახურულ ზედაპირზე ელექტრული მუხტია?

დავუშვათ, რომ სფეროს ცენტრში ელექტრული მუხტია, როგორც ეს მარჯვენა მხარეს მოცემულ ფიგურაზეა ნაჩვენები. გამოსახული ოთხი ელექტრული ველის ხაზი წარმოადგენს სხვა ელექტრული ველის ხაზებს, რომლებიც სფეროს ცენტრიდან გარეთ მოძრაობენ სფეროს ზედაპირის პერპენდიკულარულად. თითოეული ხაზი პერპენდიკულარულია იმ სფეროს ზედაპირის მიმართ, რომელშიც ის გადის და ქმნის 0 °-იან კუთხეს სფეროს ზედაპირის პერპენდიკულარულ ნორმალურ ხაზთან.

ელექტრული ნაკადი სფეროში:

ელექტრული ველის სიძლიერის ფორმულაა E = k Q / r 2 , ხოლო სფეროს ზედაპირის ფართობის ფორმულაა A = 4 π r 2 , ამიტომ ნაკადის ფორმულა იცვლება:

ელექტრული ნაკადი 5

თუ სფეროს ცენტრში მუხტი +2Q-ია, მაშინ სფეროში ნაკადი იქნება

ელექტრული ნაკადი 6

ზემოთ მოცემული ფორმულის საფუძველზე, დაასკვნეს, რომ თუ დახურული სფერული ზედაპირის შიგნით ელექტრული მუხტია, მაშინ სფეროში ნაკადის მნიშვნელობა არ არის დამოკიდებული სფეროს დიამეტრზე ან რადიუსზე. ნაკადის მნიშვნელობა არის სფეროს შიგნით მთლიანი ელექტრული მუხტის 4πk-ჯერ ან სფეროს შიგნით მთლიანი ელექტრული მუხტის 1/ε o- ჯერ.

ელექტრული ნაკადის ერთეული

ნაკადის ძირითადი ფორმულაა Φ = EA, სადაც E არის ელექტრული ველის სიძლიერე და A არის ზედაპირის ფართობი. ელექტრული ველის ერთეულია ნიუტონი კულონზე (N/C), ხოლო ზედაპირის ფართობის ერთეულია კვადრატული მეტრი (მ 2 ), ამიტომ ნაკადის ერთეულია ნიუტონი კვადრატული მეტრი კულონზე (Nm2 / C).

 

დატოვეთ კომენტარი