විද්‍යුත් ප්‍රවාහයේ අර්ථ දැක්වීම
විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රය සම්බන්ධයෙන්, විද්‍යුත් ආරෝපණයක්, විද්‍යුත් ආරෝපණ කිහිපයක් හෝ විද්‍යුත් ආරෝපණ ව්‍යාප්තියක් මගින් නිපදවන විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍ර ශක්තිය ගණනය කිරීමට භාවිතා කළ හැකි විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රයේ අර්ථ දැක්වීම සහ සමීකරණය සාකච්ඡා කර ඇත . විද්‍යුත් ආරෝපණයක් හෝ විද්‍යුත් ආරෝපණ දෙකක් මගින් නිපදවන විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍ර ශක්තිය ගණනය කිරීම විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍ර ශක්තියේ සූත්‍රය භාවිතයෙන් පහසුවෙන් විසඳා ගත හැකිය. ගණනය කරනු ලබන්නේ විද්‍යුත් ආරෝපණ ව්‍යාප්තියකින් ජනනය වන විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍ර ශක්තිය නම්, විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍ර ශක්තිය සඳහා සූත්‍රය භාවිතා කරන්නේ නම් ගණනය කිරීම වඩාත් සංකීර්ණ වේ, නමුත් ගවුස්ගේ නියමය භාවිතා කිරීම පහසුය . ගවුස් නියමය ගැඹුරින් අධ්‍යයනය කිරීමට පෙර, ගවුස් නියමයේ භාවිතා වන විද්‍යුත් ප්‍රවාහ සංකල්පය නිසා මුලින්ම එම විද්‍යුත් ප්‍රවාහය තේරුම් ගන්න.
ප්‍රවාහය යන වචනය ව්‍යුත්පන්න වී ඇත්තේ ලතින් වචනයක් වන fluere වලින් වන අතර එහි තේරුම ගලා යාමයි. විද්‍යුත් ප්‍රවාහය විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍ර ප්‍රවාහයක් ලෙස අර්ථ දැක්විය හැකිය. මෙහි ප්‍රවාහය යන වචනයෙන් ගලා යන ජලය මෙන් ගලා යන විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රයක් නොපෙන්වයි, නමුත් නිශ්චිත දිශාවකට මඟ පෙන්වන විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රයක පැවැත්ම පැහැදිලි කරයි. විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍ර රේඛා සම්බන්ධයෙන්, විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍ර රේඛා භාවිතයෙන් විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රය දෘශ්‍යමාන කර හෝ ඇඳ ඇති බව පැහැදිලි කර ඇති අතර, එබැවින් විද්‍යුත් ප්‍රවාහ විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍ර රේඛා ලෙසද විස්තර කෙරේ. එබැවින් විද්‍යුත් ප්‍රවාහය යනු පහත රූපයේ දැක්වෙන පරිදි නිශ්චිත මතුපිට ප්‍රදේශයක් පසු කරන විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍ර රේඛාවකි.
විද්‍යුත් ප්‍රවාහයේ සමීකරණය
ගණිතමය වශයෙන්, විද්‍යුත් ප්‍රවාහය යනු විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රය (E), පෘෂ්ඨීය වර්ගඵලය (A) සහ විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍ර රේඛාව සහ මතුපිටට ලම්බකව ඇති සාමාන්‍ය රේඛාව අතර කෝණයේ කෝසයිනයේ ගුණිතයයි.
F = EA cos θ……………… (සමීකරණය 1)
රූපයේ දැක්වෙන පරිදි විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍ර රේඛා ඒවා ගමන් කරන පෘෂ්ඨ වර්ගඵලයට ලම්බක නම්, විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍ර රේඛාව සහ සාමාන්‍ය රේඛාව අතර කෝණය 0 o වන අතර , එහිදී cos 0 o = 1 වේ. මේ අනුව, විද්‍යුත් ප්‍රවාහය සඳහා සූත්‍රය වෙනස් වන්නේ:
F = EA කොස් 0o = ඊඒ (1)
F = EA ……………. (සමීකරණය 2)
සූත්‍රය මත පදනම්ව, ඉහත විද්‍යුත් ප්‍රවාහය කරුණු කිහිපයක් නිගමනය කරයි. පළමුව, විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍ර රේඛාව පෘෂ්ඨීය ප්‍රදේශයට ලම්බකව ඇති විට විද්‍යුත් ප්‍රවාහය උපරිම වේ, මන්ද මෙම තත්ත්වයේදී විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍ර රේඛාව සහ සාමාන්‍ය රේඛාව අතර කෝණය 0o වන අතර, එහිදී කෝසයිනය 0o 1 වේ. දෙවනුව, විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍ර රේඛාව පෘෂ්ඨීය ප්‍රදේශයට සමාන්තරව ඇති විට විද්‍යුත් ප්‍රවාහය අවම වේ, මන්ද මෙම තත්ත්වයේදී විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍ර රේඛාව සහ සාමාන්‍ය රේඛාව අතර කෝණය 90o වන අතර , එහිදී කෝසයිනය 90o 0 වේ. තෙවනුව, විද්‍යුත් ප්‍රවාහය විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රය (E) සහ මතුපිට ප්‍රදේශය (A) මත රඳා පවතී. ඉහත උදාහරණයේ මෙන් හතරැස් හැඩැති මතුපිට ප්‍රදේශයට අමතරව, මතුපිට ප්‍රදේශය ගෝලාකාර සහ අනෙකුත් ඒවා ද විය හැකිය.
සංවෘත පෘෂ්ඨය මත විද්‍යුත් ප්‍රවාහය
කලින් විස්තර කර ඇති විද්‍යුත් ආරෝපණය විවෘත මතුපිටක උදාහරණයක් භාවිතා කරයි (හතරැස් හෝ හතරැස් මතුපිට වර්ගඵලය). ඝනක, බාල්ක හෝ බෝල වැනි සංවෘත පෘෂ්ඨ මත විද්‍යුත් ප්‍රවාහ සිදුවන්නේ කෙසේද? පහත දැක්වෙන පරිදි කදම්භය හරහා ගමන් කරන විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍ර රේඛා ඇතැයි සිතමු.
නිල් පැහැයෙන් වර්ණ ගැන්වූ විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍ර රේඛා කදම්භයේ ඉහළ සහ පහළ පෘෂ්ඨයන් සමඟ සමපාත වන බැවින් ඒවා 90° ක කෝණයක් සාදයි.o ඉහළ සහ පහළ පෘෂ්ඨ වල සාමාන්‍ය රේඛාව සමඟ. මේ අනුව, කදම්භයේ ඉහළ සහ පහළ පෘෂ්ඨ මත විද්‍යුත් ප්‍රවාහය F = EA cos 90 වේ.o = ඊඒ (0) = 0.
කහ පැහැයක් ලබා දී ඇති විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍ර රේඛා කදම්භයේ දකුණු සහ වම් පැති පෘෂ්ඨ සමඟ සමපාත වන අතර එමඟින් වම් සහ දකුණු පැති පෘෂ්ඨවල සාමාන්‍ය රේඛාව සමඟ 90 o ක කෝණයක් නිර්මාණය වේ . මේ අනුව, කදම්භයේ දකුණු සහ වම් පැතිවල විද්‍යුත් ප්‍රවාහය F = EA cos 90 o = EA (0) = 0 වේ.
විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍ර රේඛාවලට කදම්භයේ ඉදිරිපස සහ පසුපස පෘෂ්ඨ වලට රතු ලම්බකව ලබා දී ඇති අතර එමඟින් ඉදිරිපස සහ පසුපස පෘෂ්ඨ වල සාමාන්‍ය රේඛාව සමඟ 0 o කෝණයක් නිර්මාණය වේ. මේ අනුව, විද්‍යුත් ප්‍රවාහය F = EA cos 0 o = EA (1) = E A වේ.
ඉහත රූපයේ දැක්වෙන පරිදි, විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රයේ දෘශ්‍යමාන රතු රේඛා කදම්භයට ගමන් කර පසුව කදම්භයෙන් පිටතට ගමන් කරයි. කදම්භයේ ඇතුළත සෘණ ආරෝපණයක් ඇති පරිදි විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍ර රේඛා කදම්භයට ගමන් කරන විට, විද්‍යුත් ප්‍රවාහය සෘණ වේ. ප්‍රතිවිරුද්ධව, කදම්භයේ ඇතුළත ධන ආරෝපණයක් ඇති පරිදි විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍ර රේඛා කදම්භයෙන් පිටතට ගමන් කරන විට, විද්‍යුත් ප්‍රවාහය ධනාත්මක වේ. ගුණාත්මකව, කදම්භයට ඇතුළු වන විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍ර රේඛා ගණන කදම්භයෙන් පිටතට එන විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍ර රේඛා ගණනට සමාන නම්, ප්‍රතිඵලයක් ලෙස ලැබෙන විද්‍යුත් ප්‍රවාහය ශුන්‍ය වේ. ප්‍රමාණාත්මකව, කදම්භය හරහා ගමන් කරන ප්‍රතිඵලයක් ලෙස ලැබෙන විද්‍යුත් ප්‍රවාහය පහත පරිදි ගණනය කෙරේ: එන විද්‍යුත් ප්‍රවාහය = F 1 = – EA cos 0 o = – EA (1) = -EA සහ පිටතට යන විද්‍යුත් ප්‍රවාහය = F 2 = + EA cos 0 o = + EA (1) = + E A. මුළු විද්‍යුත් ප්‍රවාහය F = – F 1 + F 2 = -EA + EA = 0 වේ .
ඉහත ගණනය කිරීම් මත පදනම්ව, ඉහත රූපයේ පරිදි කදම්භය හරහා ගමන් කරන මුළු විද්‍යුත් ප්‍රවාහය ශුන්‍ය බව නිගමනය කරන ලදී. කදම්භයේ විද්‍යුත් ආරෝපණයක් නොමැති බැවින් මුළු විද්‍යුත් ප්‍රවාහය ශුන්‍ය බව පැවසිය හැකිය. එබැවින් කදම්භ, කැට, ගෝල වැනි සංවෘත පෘෂ්ඨයක විද්‍යුත් ආරෝපණයක් නොමැති නම්, මුළු විද්‍යුත් ප්‍රවාහය ශුන්‍ය වේ. සංවෘත පෘෂ්ඨයක විද්‍යුත් ආරෝපණයක් තිබේ නම් කුමක් කළ යුතුද?
පැත්තේ ඇති රූපයේ දැක්වෙන පරිදි බෝලයේ මධ්‍යයේ විද්‍යුත් ආරෝපණයක් ඇතැයි සිතමු. විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රයේ රේඛා හතර විස්තර කර ඇත්තේ ගෝලයේ මධ්‍යයේ සිට ගෝලයේ මතුපිටට ලම්බකව පිටතට ගමන් කරන අනෙකුත් විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රවල රේඛා නිරූපණය කරන ලෙසයි. සෑම රේඛාවක්ම බෝලයේ මතුපිටට ලම්බකව පිහිටා ඇති අතර එමඟින් එය 0 කෝණයක් සාදයි.o බෝලයේ මතුපිටට ලම්බකව සාමාන්‍ය රේඛාවක් සහිතව.
බෝලය මත විද්‍යුත් ප්‍රවාහය: Φ = E A.
විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍ර ශක්තියේ සූත්‍රය E = kq / r 2 වන අතර, ගෝලයේ මතුපිට වර්ගඵලයේ සමීකරණය A = 4 pr 2 වන බැවින් විද්‍යුත් ප්‍රවාහයේ සූත්‍රය පහත පරිදි වෙනස් වේ:
බෝලයේ මධ්‍යයේ ආරෝපණය + 2Q නම්, බෝලයේ විද්‍යුත් ප්‍රවාහය වන්නේ,
විද්‍යුත් ප්‍රවාහ සූත්‍රය මත පදනම්ව, සංවෘත ගෝලාකාර පෘෂ්ඨයේ විද්‍යුත් ආරෝපණයක් තිබේ නම්,
බෝලය මත ඇති විද්‍යුත් ප්‍රවාහයේ අගය බෝලයේ විෂ්කම්භය හෝ අරය මත රඳා නොපවතී. විද්‍යුත් ප්‍රවාහයේ විශාලත්වය බෝලයේ මුළු විද්‍යුත් ආරෝපණය මෙන් 4πk ගුණයක් හෝ බෝලයේ මුළු විද්‍යුත් ආරෝපණය මෙන් 1/ε o ගුණයක් වේ.
විද්‍යුත් ප්‍රවාහ ඒකකය
විද්‍යුත් ප්‍රවාහයේ මූලික සූත්‍රය F = EA වේ, මෙහි E යනු විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍ර ශක්තිය වන අතර A යනු මතුපිට වර්ගඵලයයි. විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රයේ ඒකකය නිව්ටන් per Coulomb (N/C) වන අතර පෘෂ්ඨ වර්ගඵලයේ ඒකකය වර්ග මීටරය (m 2 ) වන බැවින් විද්‍යුත් ප්‍රවාහයේ ඒකකය නිව්ටන් per Coulomb (Nm 2 /C) වේ.
