Во темата Електрично поле , дискутиравме за дефиницијата и формулата на електрично поле што може да се користи за пресметување на јачината на електричното поле произведена од еден електричен полнеж, неколку електрични полнежи или од распределба на електрични полнежи. Пресметката на јачината на електричното поле произведена од електричен полнеж или два електрични полнежи лесно се решава со помош на формулата за јачина на електричното поле. Ако она што се пресметува е јачината на електричното поле произведена од распределба на електричен полнеж, пресметката е покомплицирана ако се користи формулата за јачина на електричното поле, но е полесна ако се користи Гаусовиот закон . Пред длабински да го проучите Гаусовиот закон, прво разберете го електричниот флукс бидејќи концептот на електричен флукс се користи во Гаусовиот закон.
Разбирање на електричниот флукс
Зборот флукс доаѓа од латинскиот збор fluere , што значи да тече. Буквално, електричниот флукс може да се дефинира како проток на електрично поле. Зборот проток овде не означува електрично поле што тече како вода што тече, туку опишува присуство на електрично поле кое покажува во одредена насока. Во темата Линии на електричното поле, беше објаснето дека електричните полиња се визуелизираат или прикажуваат со помош на линии на електричното поле, па затоа флуксот е прикажан и како линии на електричното поле. Значи, флукс се линии на електричното поле што минуваат низ одредена површина, како што е прикажано на сликата подолу.
Румус
Математички, електричниот флукс е производ од електричното поле (E), површината (A) и косинусот на аголот помеѓу
линии на електричното поле со нормални линии нормални на површината.
Φ = EA cos θ ……………. (Равенка 1)
Ако линиите на електричното поле се нормални на површината низ која минуваат, како на сликата, тогаш аголот помеѓу линиите на електричното поле и нормалата е 0.o, каде што cos 0o = 1. Според тоа, формулата
трансформирано во:
Φ = EA cos 0o = EA (1)
Φ = EA ……………. (Равенка 2)
Врз основа на горенаведената формула за флукс, може да се заклучат неколку работи. Прво , флуксот е во својата максимална вредност кога линијата на електричното поле е нормална на површината, бидејќи во таа состојба аголот помеѓу линијата на електричното поле и нормалата е 0 ° , каде што косинусната вредност на 0 ° е 1. Второ , флуксот е во својата минимална вредност кога линијата на електричното поле е паралелна со површината, бидејќи во таа состојба аголот помеѓу линијата на електричното поле и нормалата е 90 ° , каде што косинусната вредност на 90 ° е 0. Трето , флуксот зависи од електричното поле (E) и површината (A). Покрај правоаголната површина како во примерот погоре, површината може да биде и сферична и други.
Покриена површина
Електричниот флукс опишан претходно го користеше примерот на отворена површина (квадратна или правоаголна површина). Што е со флуксот на затворена површина како што е коцка, блок или сфера? Да претпоставиме дека низ блокот минуваат линии на електричното поле, како на сликата подолу.
Линиите на електричното поле обоени сино се совпаѓаат со горните и долните површини на зракот за да формираат агол од 90 степени.o со нормалните линии на горната и долната површина. Така, флуксот на горната и долната површина на гредата е Φ = EA cos 90o = EA (0) = 0.
Линиите на електричното поле обоени жолто се совпаѓаат со десната и левата странична површина на зракот, така што формираат агол од 90 степени.o со нормалните линии на левата и десната страна. Така, флуксот на десната и левата страна на блокот е Φ = EA cos 90o = EA (0) = 0.
Линиите на електричното поле обоени во црвена боја се нормални на предната и задната површина на блокот, формирајќи агол од 0.o со нормалните линии на предната и задната површина. Така, флуксот е Φ = EA cos 0o = EA (1) = E A.
На сликата погоре, црвените линии на електричното поле се гледаат како се движат во блокот, а потоа се движат надвор од него. Кога линиите на електричното поле се движат во блокот како да има негативен полнеж во блокот, флуксот е негативен. Обратно, кога линиите на електричното поле се движат надвор од блокот како да има позитивен полнеж во блокот, електричниот флукс е позитивен. Квалитативно или без пресметка, ако бројот на линии на електричното поле што влегуваат во блокот е ист како и бројот на линии на електричното поле што го напуштаат блокот, резултантниот флукс е нула. Квантитативно или со помош на пресметки, резултантниот електричен флукс што минува низ блокот се пресметува на следниов начин: влезен флукс = Φ 1 = – EA cos 0 o = – EA (1) = -EA и излезен флукс = Φ 2 = + EA cos 0 o = + EA (1) = +E A. Вкупниот флукс е Φ = -Φ 1 + Φ 2 = -EA + EA = 0.
Врз основа на горенаведените пресметки, се заклучува дека вкупниот флукс што минува низ блокот, како што е прикажано на сликата погоре, е нула. Може да се каже дека вкупниот флукс е нула бидејќи нема електричен полнеж во блокот. Затоа, ако нема електричен полнеж во затворена површина како што е блок, коцка, сфера или друг објект, вкупниот флукс е нула. Што ако има електричен полнеж во затворената површина?
Да претпоставиме дека во центарот на сферата има електричен полнеж, како што е прикажано на сликата од десно. Четирите прикажани линии на електричното поле претставуваат други линии на електричното поле што се движат нанадвор од центарот на сферата нормално на површината на сферата. Секоја линија е нормална на површината на сферата низ која минува, формирајќи агол од 0 ° со нормалата нормална на површината на сферата.
Електричен флукс во сферата:
Формулата за јачина на електричното поле е E = k Q / r 2 , а формулата за површината на сферата е A = 4 π r 2, така што формулата за флукс се менува на:
![]()
Ако полнежот во центарот на сферата е +2Q, тогаш флуксот во сферата е
![]()
Врз основа на горенаведената формула, се заклучува дека ако има електричен полнеж во затворена сферна површина, тогаш вредноста на флуксот во сферата не зависи од дијаметарот или радиусот на сферата. Вредноста на флуксот е 4πk пати од вкупниот електричен полнеж во сферата или 1/ε o пати од вкупниот електричен полнеж во сферата.
Единица за електричен флукс
Основната формула за флукс е Φ = EA, каде што E е јачината на електричното поле, а A е површината. Единицата за електрично поле е Њутн на Кулон (N/C), а единицата за површина е квадратен метар (m2 ) , па затоа единицата за флукс е Њутн квадратен метар на Кулон (Nm2 / C).