Elektresche Flux

Am Thema Elektrescht Feld hu mir d'Definitioun an d'Formel vun engem elektresche Feld diskutéiert, déi benotzt kënne ginn fir d'elektrescht Feldstäerkt ze berechnen, déi duerch eng elektresch Ladung, verschidde elektresch Ladungen oder duerch eng Verdeelung vun elektresche Ladungen produzéiert gëtt. D'Berechnung vun der elektrescher Feldstäerkt, déi duerch eng elektresch Ladung oder zwou elektresch Ladungen produzéiert gëtt, ass einfach mat der Formel fir d'elektresch Feldstäerkt ze léisen. Wann dat wat berechent gëtt d'elektresch Feldstäerkt ass, déi duerch eng elektresch Ladungsverdeelung produzéiert gëtt, ass d'Berechnung méi komplizéiert wann d'Formel fir d'elektresch Feldstäerkt benotzt gëtt, awer méi einfach wann d'Gauss-Gesetz benotzt gëtt . Ier Dir d'Gauss-Gesetz am Detail studéiert, sollt Dir als éischt den elektresche Flux verstoen, well de Konzept vum elektresche Flux am Gauss-Gesetz benotzt gëtt.

Elektresche Flux verstoen

D'Wuert Flux kënnt vum laténgesche Wuert * fluere* , dat fléissen heescht. Wuertwiertlech kann elektresche Flux als de Floss vun engem elektresche Feld definéiert ginn. D'Wuert *Flow* weist hei net op en elektrescht Feld hin, dat wéi fléissend Waasser fléisst, mä beschreift d'Präsenz vun engem elektresche Feld, dat an eng bestëmmt Richtung weist. Am Thema * Elektresch Feldlinnen* gouf erkläert, datt elektresch Felder mat Hëllef vun elektresche Feldlinnen visualiséiert oder duergestallt ginn, dofir gëtt Flux och als elektresch Feldlinnen duergestallt. Flux ass also déi elektresch Feldlinnen, déi duerch eng bestëmmt Uewerfläch lafen, wéi am Bild hei ënnendrënner exemplifizéiert.

Rumus 

Mathematesch ass den elektresche Flux d'Produkt vum elektresche Feld (E), der Uewerfläch (A) an dem Kosinus vum Wénkel tëscht Elektresche Flux 1elektresch Feldlinnen mat Normallinnen senkrecht zur Uewerfläch.

Φ = EA cos θ ……………. (Equatioun 1)

Wann d'elektresch Feldlinne senkrecht zu der Uewerfläch sinn, duerch déi se lafen, wéi an der Foto, dann ass de Wénkel tëscht den elektresche Feldlinnen an der Normallinn 0.o, wou cos 0o = 1. Sou ass d'Formel Elektresche Flux 2transforméiert an:

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

Baséierend op der uewe genannter Fluxformel kënnen e puer Saache festgestallt ginn. Éischtens ass de Flux op sengem maximale Wäert wann d'elektrescht Feldlinn senkrecht zu der Uewerfläch ass, well an deem Zoustand de Wénkel tëscht der elektrescher Feldlinn an der Normallinn 0° ass , wou de Kosinuswäert vun 0 ° 1 ass. Zweetens ass de Flux op sengem minimale Wäert wann d'elektrescht Feldlinn parallel zu der Uewerfläch ass, well an deem Zoustand de Wénkel tëscht der elektrescher Feldlinn an der Normallinn 90 ° ass , wou de Kosinuswäert vun 90 ° 0 ass. Drëttens hänkt de Flux vum elektresche Feld (E) an der Uewerfläch (A) of. Zousätzlech zu der rechteckeger Uewerfläch wéi am uewe genannten Beispill kann d'Uewerfläch och kugelfërmeg an aner sinn.

Bedeckt Uewerfläch

Den elektresche Flux, deen virdru beschriwwe gouf, huet d'Beispill vun enger oppener Uewerfläch (eng quadratesch oder rechteckeg Uewerfläch) benotzt. Wéi ass et mam Flux op enger zouener Uewerfläch wéi engem Kubus, Block oder Kugel? Huelt un, et ginn elektresch Feldlinnen, déi duerch de Block lafen, wéi an der Figur hei ënnendrënner.
Déi blo faarweg elektresch Feldlinnen falen mat den ieweschten an ënneschten Uewerfläche vum Stral zesummen a bilden en 90-Grad-Wénkel.o mat den Normallinnen vun der ieweschter an ënneschter Uewerfläch. Sou ass de Flux op der ieweschter an ënneschter Uewerfläch vum Balken Φ = EA cos 90o = EA (0) = 0.

Elektresche Flux 3Déi giel faarweg elektresch Feldlinnen falen mat de rietsen a lénksen Säitefläche vum Stral zesummen, sou datt se en 90-Grad-Wénkel bilden.o mat den Normallinnen vun der lénkser a rietser Säitefläch. Sou ass de Flux op der rietser a lénkser Säitefläch vum Block Φ = EA cos 90o = EA (0) = 0.
Déi rout faarweg elektresch Feldlinnen sinn senkrecht zu der viischter an hënneschter Uewerfläch vum Block a bilden en Wénkel vun 0.o mat den Normallinnen vun der viischter an hënneschter Uewerfläch. Dofir ass de Flux Φ = EA cos 0o = EA (1) = E A.

Am Bild uewendriwwer gesäit een déi rout elektresch Feldlinnen, déi sech an de Block beweegen an dann aus dem Block eraus. Wann d'elektresch Feldlinnen sech an de Block beweegen, wéi wann et eng negativ Ladung am Block wier, ass de Flux negativ. Am Géigendeel, wann d'elektresch Feldlinnen sech aus dem Block eraus beweegen, wéi wann et eng positiv Ladung am Block wier, ass den elektresche Flux positiv. Qualitativ oder ouni Berechnung, wann d'Zuel vun den elektresche Feldlinnen, déi de Block erakommen, d'selwecht ass wéi d'Zuel vun den elektresche Feldlinnen, déi de Block verloossen. Quantitativ oder mat Hëllef vu Berechnungen, gëtt de resultéierende elektresche Flux, deen duerch de Block geet, wéi follegt berechent: agebonnene Flux = Φ 1 = – EA cos 0 o = – EA (1) = -EA an ausgehenden Flux = Φ 2 = + EA cos 0 o = + EA (1) = +EA. De Gesamtflux ass Φ = -Φ 1 + Φ 2 = -EA + EA = 0.

Baséierend op den uewe genannten Berechnungen, gëtt festgestallt, datt de Gesamtflux, deen duerch de Block leeft, wéi an der Figur uewen gewisen, null ass. Et kann een soen, datt de Gesamtflux null ass, well et keng elektresch Ladung am Block gëtt. Dofir, wann et keng elektresch Ladung an enger zouener Uewerfläch wéi engem Block, engem Kubus, enger Kugel oder engem aneren Objet gëtt, ass de Gesamtflux null. Wat wann et eng elektresch Ladung an der zouener Uewerfläch gëtt?

Stellt Iech vir, et gëtt eng elektresch Ladung am Zentrum vun der Kugel, wéi an der Figur riets gewisen. Déi véier elektresch Feldlinnen, déi duergestallt sinn, representéieren aner elektresch Feldlinnen, déi sech vum Zentrum vun der Kugel no baussen beweegen a senkrecht zur Uewerfläch vun der Kugel stinn. All Linn ass senkrecht zur Uewerfläch vun der Kugel, duerch déi se geet, a bildt en Wénkel vun 0 ° mat der Normallinn, déi senkrecht zur Uewerfläch vun der Kugel steet.

Elektresche Flux an der Kugel:

D'Formel fir d'elektresch Feldstäerkt ass E = kQ / r² an d'Formel fir d'Uewerfläch vun enger Kugel ass A = 4πr², sou datt d'Fluxformel sech ännert op:

Elektresche Flux 5

Wann d'Ladung am Zentrum vun der Kugel +2Q ass, dann ass de Flux an der Kugel

Elektresche Flux 6

Baséierend op der uewe genannter Formel gëtt geschloss, datt wann et eng elektresch Ladung an enger zouener kugelfërmeger Uewerfläch gëtt, dann hänkt de Fluxwäert an der Kugel net vum Duerchmiesser oder Radius vun der Kugel of. De Fluxwäert ass 4πk Mol déi total elektresch Ladung an der Kugel oder 1/εo Mol déi total elektresch Ladung an der Kugel.

Elektresch Flux Eenheet

Déi grondleeënd Formel fir de Flux ass Φ = EA, wou E d'Stäerkt vum elektresche Feld an A d'Uewerfläch ass. D'Eenheet vum elektresche Feld ass Newton pro Coulomb (N/C) an d'Eenheet vun der Uewerfläch ass de Quadratmeter (m² ) , dofir ass d'Eenheet vum Flux Newton Quadratmeter pro Coulomb (Nm² / C).

 

E Kommentar hannerloossen