Definicija električnega pretoka
Glede električnega polja je bila obravnavana definicija in enačba električno polje ki se lahko uporabi za izračun jakosti električnega polja, ki jo ustvari električni naboj, več električnih nabojev ali porazdelitev električnega naboja. Izračun jakosti električnega polja, ki jo ustvari električni naboj ali dva električna naboja, se enostavno reši z uporabo formule za jakost električnega polja. Če se izračuna jakost električnega polja, ki jo ustvari porazdelitev električnega naboja, je izračun bolj zapleten, če se uporabi formula za jakost električnega polja, vendar je lažji za uporabo. Gaussov zakonPreden se lotimo poglobljenega preučevanja Gaussovega zakona, najprej razumemo električni tok zaradi koncepta električnega tok, ki se uporablja v Gaussovem zakonu.
Beseda fluks izhaja iz latinske besede fluere, ki pomeni teči. Električni fluks lahko razlagamo kot pretok električnega polja. Beseda tok tukaj ne prikazuje električnega polja, ki teče kot tekoča voda, temveč pojasnjuje obstoj električnega polja, ki vodi v določeno smer. Glede linij električnega polja je bilo pojasnjeno, da se električno polje vizualizira ali nariše z uporabo linij električnega polja, zato so električni tokovi opisani tudi kot linije električnega polja. Električni fluks je torej linija električnega polja, ki prehaja določeno površino, kot je prikazano na spodnji sliki.
Enačba električnega pretoka
Matematično je električni pretok produkt električnega polja (E), površine (A) in kosinusa kota med linijo električnega polja in normalno črto, pravokotno na površino.
F = EA cos θ ……………. (Enačba 1)
Če so silnice električnega polja pravokotne na površino, ki jo prečkajo, kot je prikazano na sliki, potem je kot med silnico električnega polja in normalo enak 0o, kjer je cos 0o = 1. Tako se formula za električni pretok spremeni v:
F = EA cos 0o = EA (1)
F = EA ……………. (enačba 2)
Na podlagi zgornje formule električni pretok sklepa na več stvari. Prvič, električni pretok je največji, ko je linija električnega polja pravokotna na površino, ker je v tem primeru kot med linijo električnega polja in normalo 0°, kjer je kosinus 0° enak 1. Drugič, električni pretok je minimalen, ko je linija električnega polja vzporedna s površino, ker je v tem primeru kot med linijo električnega polja in normalo 90°.o, kjer je kosinus 90o je 0. Tretjič, električni pretok je odvisen od električnega polja (E) in površine (A). Poleg kvadratne površine, kot v zgornjem primeru, je lahko površina tudi okrogla in druge oblike.
Električni tok na zaprti površini
Električni naboj, opisan prej, uporablja primer odprte površine (kvadratne ali pravokotne površine). Kako se električni tokovi prenašajo na zaprtih površinah, kot so kocke, nosilci ali krogle? Predpostavimo, da skozi nosilce potekajo silnice električnega polja, kot je prikazano spodaj.
Modro obarvane črte električnega polja sovpadajo z zgornjo in spodnjo površino žarka, tako da tvorijo kot 90°.o z normalno črto zgornje in spodnje površine. Tako je električni pretok na zgornji in spodnji površini žarka F = EA cos 90o = EA (0) = 0.
Linije električnega polja, ki so označene z rumeno barvo, se ujemajo z desno in levo stranjo žarka, tako da tvorijo kot 90°.o z normalno črto leve in desne stranske površine. Tako je električni pretok na desni in levi strani žarka F = EA cos 90o = EA (0) = 0.
Linije električnega polja so podane rdeče pravokotno na sprednjo in zadnjo površino žarka, tako da tvorijo 0o kot z normalo sprednje in zadnje površine. Električni pretok je torej F = EA cos 0o = EA (1) = E A.
Na zgornji sliki se vidne rdeče črte električnega polja premikajo v žarek in nato iz njega. Ko se črte električnega polja premikajo v žarek, kot da bi bil v žarku negativni naboj, je električni pretok negativen. Nasprotno, ko se črte električnega polja premikajo iz žarka, kot da bi bil v žarku pozitivni naboj, je električni pretok pozitiven. Kvalitativno, če je število črt električnega polja, ki vstopajo v žarek, enako številu črt električnega polja, ki izstopajo iz žarka, je nastali električni pretok nič. Kvantitativno se nastali električni pretok, ki poteka skozi žarek, izračuna na naslednji način: vhodni električni pretok = F1 = –EA cos 0o = – EA (1) = -EA in izhodni električni tok = F2 = + EA cos 0o = + EA (1) = + E A. Skupni električni pretok je F = – F1 + F2 = -EA + EA = 0.
Na podlagi zgornjih izračunov je bilo sklenjeno, da je skupni električni tok, ki poteka skozi žarek, kot je prikazano na zgornji sliki, enak nič. Lahko rečemo, da je skupni električni tok enak nič, ker v žarku ni električnega naboja. Če torej v zaprti površini, kot so nosilci, kocke, krogle itd., ni električnega naboja, je skupni električni tok enak nič. Kaj pa, če je na zaprti površini električni naboj?
Predpostavimo, da je v središču krogle električni naboj, kot je prikazano na sliki ob strani. Štiri črte električnega polja so opisane kot črte drugih električnih polj, ki se gibljejo iz središča krogle pravokotno na površino krogle. Vsaka črta je pravokotna na površino krogle, skozi katero tvori kot 0o z normalno črto, pravokotno na površino krogle.
Električni pretok na krogli: Φ = E A.
Formula za jakost električnega polja je E = kq / r2, enačba površine krogle pa je A = 4 pr2 tako da se formula za električni tok spremeni v:
Če je naboj v središču krogle + 2Q, potem je električni tok na krogli enak
Na podlagi formule za električni tok sklepamo, da če je v zaprti sferični površini električni naboj,
Vrednost električnega pretoka na krogli ni odvisna od premera ali polmera krogle. Velikost električnega pretoka je 4πk-kratnik skupnega električnega naboja v krogli ali 1/ε.o kratnik skupnega električnega naboja v krogli.
Enota električnega pretoka
Osnovna formula za električni tok je F = EA, kjer je E jakost električnega polja in A površina. Enota za električno polje je Newton na Coulomb (N/C), enota za površino pa kvadratni meter (m2), tako da je enota električnega pretoka Newton kvadratni meter na Coulomb (Nm2/C).
