විද්යුත් ක්ෂේත්රය යන මාතෘකාවේදී , එක් විද්යුත් ආරෝපණයකින්, විද්යුත් ආරෝපණ කිහිපයකින් හෝ විද්යුත් ආරෝපණ ව්යාප්තියකින් නිපදවන විද්යුත් ක්ෂේත්ර ශක්තිය ගණනය කිරීමට භාවිතා කළ හැකි විද්යුත් ක්ෂේත්රයේ අර්ථ දැක්වීම සහ සූත්රය අපි සාකච්ඡා කර ඇත්තෙමු. විද්යුත් ආරෝපණයක් හෝ විද්යුත් ආරෝපණ දෙකකින් නිපදවන විද්යුත් ක්ෂේත්ර ශක්තිය ගණනය කිරීම විද්යුත් ක්ෂේත්ර ශක්තිය සූත්රය භාවිතයෙන් පහසුවෙන් විසඳා ගත හැකිය. ගණනය කරනු ලබන්නේ විද්යුත් ආරෝපණ ව්යාප්තියකින් නිපදවන විද්යුත් ක්ෂේත්ර ශක්තිය නම්, විද්යුත් ක්ෂේත්ර ශක්තිය සූත්රය භාවිතා කරන්නේ නම් ගණනය කිරීම වඩාත් සංකීර්ණ වේ, නමුත් ගවුස්ගේ නියමය භාවිතා කරන්නේ නම් එය පහසු වේ . ගවුස්ගේ නියමය ගැඹුරින් අධ්යයනය කිරීමට පෙර, පළමුව විද්යුත් ප්රවාහය තේරුම් ගන්න, මන්ද විද්යුත් ප්රවාහය පිළිබඳ සංකල්පය ගවුස්ගේ නියමයේ භාවිතා වේ.
විදුලි ප්රවාහය අවබෝධ කර ගැනීම
ප්රවාහය යන වචනය පැමිණෙන්නේ ලතින් වචනයක් වන fluere වලින් වන අතර එහි තේරුම ගලා යාමයි. වචනාර්ථයෙන්, විද්යුත් ප්රවාහය විද්යුත් ක්ෂේත්රයක ප්රවාහය ලෙස අර්ථ දැක්විය හැකිය. මෙහි ප්රවාහය යන වචනයෙන් ගලා යන ජලය මෙන් ගලා යන විද්යුත් ක්ෂේත්රයක් නොපෙන්වයි, නමුත් යම් දිශාවකට යොමු වන විද්යුත් ක්ෂේත්රයක් පැවතීම විස්තර කරයි. විද්යුත් ක්ෂේත්ර රේඛා මාතෘකාවේදී, විද්යුත් ක්ෂේත්ර විද්යුත් ක්ෂේත්ර රේඛා භාවිතයෙන් දෘශ්යමාන කර හෝ නිරූපණය කර ඇති බව පැහැදිලි කරන ලදී, එබැවින් ප්රවාහය විද්යුත් ක්ෂේත්ර රේඛා ලෙසද නිරූපණය කෙරේ. එබැවින් ප්රවාහය යනු පහත රූපයේ දැක්වෙන පරිදි, යම් මතුපිට ප්රදේශයක් හරහා ගමන් කරන විද්යුත් ක්ෂේත්ර රේඛා වේ.
සූත්රය
ගණිතමය වශයෙන්, විද්යුත් ප්රවාහය යනු විද්යුත් ක්ෂේත්රය (E), පෘෂ්ඨීය වර්ගඵලය (A) සහ
පෘෂ්ඨයට ලම්බකව සාමාන්ය රේඛා සහිත විද්යුත් ක්ෂේත්ර රේඛා.
Φ = EA cos θ ……………. (සමීකරණය 1)
රූපයේ දැක්වෙන පරිදි විද්යුත් ක්ෂේත්ර රේඛා ඒවා හරහා ගමන් කරන පෘෂ්ඨ වර්ගඵලයට ලම්බක නම්, විද්යුත් ක්ෂේත්ර රේඛා සහ සාමාන්ය රේඛාව අතර කෝණය 0 වේ.o, කොහෙද 0 ට වඩා අඩුo = 1. මේ අනුව සූත්රය
බවට පරිවර්තනය විය:
Φ = EA කොස් 0o = ඊඒ (1)
Φ = EA ……………. (සමීකරණය 2)
ඉහත ප්රවාහ සූත්රය මත පදනම්ව, කරුණු කිහිපයක් නිගමනය කළ හැකිය. පළමුව , විද්යුත් ක්ෂේත්ර රේඛාව පෘෂ්ඨීය ප්රදේශයට ලම්බකව ඇති විට ප්රවාහය එහි උපරිම අගයේ පවතී, මන්ද එම තත්ත්වය තුළ විද්යුත් ක්ෂේත්ර රේඛාව සහ සාමාන්ය රේඛාව අතර කෝණය 0 o වන අතර, එහිදී 0 o හි කෝසයින් අගය 1 වේ. දෙවනුව , විද්යුත් ක්ෂේත්ර රේඛාව පෘෂ්ඨීය ප්රදේශයට සමාන්තර වන විට ප්රවාහය එහි අවම අගයේ පවතී, මන්ද එම තත්ත්වය තුළ විද්යුත් ක්ෂේත්ර රේඛාව සහ සාමාන්ය රේඛාව අතර කෝණය 90 o වන අතර, එහිදී 90 o හි කෝසයින් අගය 0 වේ. තෙවනුව , ප්රවාහය විද්යුත් ක්ෂේත්රය (E) සහ මතුපිට ප්රදේශය (A) මත රඳා පවතී. ඉහත උදාහරණයේ මෙන් සෘජුකෝණාස්රාකාර මතුපිට ප්රදේශයට අමතරව, මතුපිට ප්රදේශය ගෝලාකාර සහ අනෙකුත් ඒවා ද විය හැකිය.
ආවරණය කරන ලද මතුපිට
කලින් විස්තර කර ඇති විද්යුත් ප්රවාහය විවෘත මතුපිටක උදාහරණය (හතරැස් හෝ හතරැස් මතුපිට ප්රදේශයක්) භාවිතා කළේය. ඝනකයක්, බ්ලොක් එකක් හෝ ගෝලයක් වැනි සංවෘත මතුපිටක ප්රවාහය ගැන කුමක් කිව හැකිද? පහත රූපයේ පරිදි, බ්ලොක් එක හරහා ගමන් කරන විද්යුත් ක්ෂේත්ර රේඛා ඇතැයි සිතමු.
නිල් පැහැයෙන් වර්ණ ගැන්වූ විද්යුත් ක්ෂේත්ර රේඛා කදම්භයේ ඉහළ සහ පහළ පෘෂ්ඨයන් සමඟ සමපාත වී 90 ක කෝණයක් සාදයි.o ඉහළ සහ පහළ පෘෂ්ඨ වල සාමාන්ය රේඛා සමඟ. මේ අනුව කදම්භයේ ඉහළ සහ පහළ පෘෂ්ඨ වල ප්රවාහය Φ = EA cos 90 වේ.o = ඊඒ (0) = 0.
කහ පැහැයෙන් වර්ණ ගැන්වූ විද්යුත් ක්ෂේත්ර රේඛා කදම්භයේ දකුණු සහ වම් පැති මතුපිට සමඟ සමපාත වන බැවින් ඒවා 90 ක කෝණයක් සාදයි.o වම් සහ දකුණු පැති පෘෂ්ඨ වල සාමාන්ය රේඛා සමඟ. මේ අනුව බ්ලොක් එකේ දකුණු සහ වම් පැති පෘෂ්ඨ වල ප්රවාහය Φ = EA cos 90 වේ.o = ඊඒ (0) = 0.
රතු පැහැයෙන් වර්ණ ගැන්වූ විද්යුත් ක්ෂේත්ර රේඛා බ්ලොක් එකේ ඉදිරිපස සහ පසුපස මතුපිටට ලම්බකව පිහිටා ඇති අතර, කෝණය 0 ක් සාදයි.o ඉදිරිපස සහ පසුපස පෘෂ්ඨ වල සාමාන්ය රේඛා සමඟ. මේ අනුව, ප්රවාහය Φ = EA cos 0 වේ.o = ඊඒ (1) = ඊ ඒ.
ඉහත රූපයේ, රතු විද්යුත් ක්ෂේත්ර රේඛා බ්ලොක් එකට ගමන් කර පසුව බ්ලොක් එකෙන් පිටතට ගමන් කරන ආකාරය දක්නට ලැබේ. බ්ලොක් එකේ සෘණ ආරෝපණයක් ඇති පරිදි විද්යුත් ක්ෂේත්ර රේඛා බ්ලොක් එකට ගමන් කරන විට, ප්රවාහය සෘණ වේ. ප්රතිවිරුද්ධව, විද්යුත් ක්ෂේත්ර රේඛා බ්ලොක් එකේ ධන ආරෝපණයක් ඇති පරිදි බ්ලොක් එකෙන් පිටතට ගමන් කරන විට, විද්යුත් ප්රවාහය ධන වේ. ගුණාත්මකව හෝ ගණනය කිරීමකින් තොරව, බ්ලොක් එකට ඇතුළු වන විද්යුත් ක්ෂේත්ර රේඛා ගණන බ්ලොක් එකෙන් පිටවන විද්යුත් ක්ෂේත්ර රේඛා ගණනට සමාන නම්, ප්රතිඵලයක් ලෙස ලැබෙන ප්රවාහය ශුන්ය වේ. ප්රමාණාත්මකව හෝ ගණනය කිරීම් භාවිතා කරමින්, බ්ලොක් එක හරහා ගමන් කරන ප්රතිඵලයක් ලෙස ලැබෙන විද්යුත් ප්රවාහය පහත පරිදි ගණනය කෙරේ: එන ප්රවාහය = Φ 1 = – EA cos 0 o = – EA (1) = -EA සහ පිටතට යන ප්රවාහය = Φ 2 = + EA cos 0 o = + EA (1) = +EA A. මුළු ප්රවාහය Φ = -Φ 1 + Φ 2 = -EA + EA = 0 වේ.
ඉහත ගණනය කිරීම් මත පදනම්ව, ඉහත රූපයේ දැක්වෙන පරිදි, බ්ලොක් එක හරහා ගමන් කරන මුළු ප්රවාහය ශුන්ය බව නිගමනය කර ඇත. බ්ලොක් එක තුළ විද්යුත් ආරෝපණයක් නොමැති බැවින් මුළු ප්රවාහය ශුන්ය බව පැවසිය හැකිය. එබැවින්, බ්ලොක් එකක්, ඝනකයක්, ගෝලයක් හෝ වෙනත් වස්තුවක් වැනි සංවෘත මතුපිටක් තුළ විද්යුත් ආරෝපණයක් නොමැති නම්, මුළු ප්රවාහය ශුන්ය වේ. සංවෘත පෘෂ්ඨය තුළ විද්යුත් ආරෝපණයක් තිබේ නම් කුමක් කළ යුතුද?
දකුණු පස ඇති රූපයේ දැක්වෙන පරිදි ගෝලයේ මධ්යයේ විද්යුත් ආරෝපණයක් ඇතැයි සිතමු. නිරූපණය කර ඇති විද්යුත් ක්ෂේත්ර රේඛා හතර ගෝලයේ මධ්යයේ සිට ගෝලයේ මතුපිටට ලම්බකව පිටතට ගමන් කරන අනෙකුත් විද්යුත් ක්ෂේත්ර රේඛා නියෝජනය කරයි. සෑම රේඛාවක්ම එය හරහා ගමන් කරන ගෝලයේ මතුපිටට ලම්බකව පිහිටා ඇති අතර, ගෝලයේ මතුපිටට ලම්බකව සාමාන්ය රේඛාව සමඟ 0 ° ක කෝණයක් සාදයි.
ගෝලයේ විද්යුත් ප්රවාහය:
විද්යුත් ක්ෂේත්ර ශක්තිය සඳහා සූත්රය E = k Q / r 2 වන අතර ගෝලයක මතුපිට වර්ගඵලය සඳහා සූත්රය A = 4 π r 2 වන බැවින් ප්රවාහ සූත්රය පහත පරිදි වෙනස් වේ:
![]()
ගෝලයේ මධ්යයේ ආරෝපණය +2Q නම් ගෝලයේ ප්රවාහය වන්නේ,
![]()
ඉහත සූත්රය මත පදනම්ව, සංවෘත ගෝලාකාර පෘෂ්ඨයක් තුළ විද්යුත් ආරෝපණයක් තිබේ නම්, ගෝලයේ ප්රවාහ අගය ගෝලයේ විෂ්කම්භය හෝ අරය මත රඳා නොපවතින බව නිගමනය කෙරේ. ප්රවාහ අගය ගෝලය තුළ ඇති මුළු විද්යුත් ආරෝපණය මෙන් 4πk ගුණයක් හෝ ගෝලය තුළ ඇති මුළු විද්යුත් ආරෝපණය මෙන් 1/ε o ගුණයක් වේ.
විදුලි ප්රවාහ ඒකකය
ප්රවාහය සඳහා මූලික සූත්රය Φ = EA වේ, මෙහි E යනු විද්යුත් ක්ෂේත්ර ශක්තිය වන අතර A යනු මතුපිට වර්ගඵලයයි. විද්යුත් ක්ෂේත්රයේ ඒකකය කූලෝම්බයකට නිව්ටන් (N/C) වන අතර මතුපිට වර්ගඵලයේ ඒකකය වර්ග මීටරය (m 2 ) වන බැවින් ප්රවාහයේ ඒකකය කූලෝම්බයකට නිව්ටන් වර්ග මීටරය (Nm 2 /C) වේ.