У теми Електрично поље , разговарали смо о дефиницији и формули електричног поља која се може користити за израчунавање јачине електричног поља коју производи једно електрично наелектрисање, више електричних наелектрисања или расподела електричних наелектрисања. Израчунавање јачине електричног поља коју производи једно или два електрична наелектрисања лако се решава помоћу формуле за јачину електричног поља. Ако се израчунава јачина електричног поља коју производи расподела електричног наелектрисања, израчунавање је компликованије ако се користи формула за јачину електричног поља, али је лакше ако се користи Гаусов закон . Пре него што детаљније проучимо Гаусов закон, прво треба да разумемо електрични флукс, јер се концепт електричног флукса користи у Гаусовом закону.
Разумевање електричног флукса
Реч флукс потиче од латинске речи fluere , што значи тећи. Дословно, електрични флукс се може дефинисати као ток електричног поља. Реч flow овде не означава електрично поље које тече попут текуће воде, већ описује присуство електричног поља које је усмерено у одређеном правцу. У теми Линије електричног поља, објашњено је да се електрична поља визуелизују или приказују помоћу линија електричног поља, стога се флукс такође приказује као линије електричног поља. Дакле, флукс су линије електричног поља које пролазе кроз одређену површину, као што је приказано на слици испод.
Румус
Математички, електрични флукс је производ електричног поља (Е), површине (А) и косинуса угла између
линије електричног поља са нормалама управним на површину.
Φ = EA cos θ ……………. (Једначина 1)
Ако су линије електричног поља нормалне на површину кроз коју пролазе као на слици, онда је угао између линија електричног поља и нормале 0o, где је cos 0o = 1. Дакле, формула
трансформисано у:
Φ = EA cos 0o = ЕА (1)
Φ = EA ……………. (Једначина 2)
На основу горње формуле за флукс, може се закључити неколико ствари. Прво , флукс је на својој максималној вредности када је линија електричног поља нормална на површину, јер је у том услову угао између линије електричног поља и нормале 0 ° , где је косинус од 0 ° једнак 1. Друго , флукс је на својој минималној вредности када је линија електричног поља паралелна површини, јер је у том услову угао између линије електричног поља и нормале 90 ° , где је косинус од 90 ° једнак 0. Треће , флукс зависи од електричног поља (Е) и површине (А). Поред правоугаоне површине као у горњем примеру, површина може бити и сферна и друге врсте.
Покривена површина
Електрични флукс описан раније користио је пример отворене површине (квадратне или правоугаоне површине). Шта је са флуксом на затвореној површини као што је коцка, блок или сфера? Претпоставимо да постоје линије електричног поља које пролазе кроз блок, као на слици испод.
Линије електричног поља обојене плавом бојом поклапају се са горњом и доњом површином зрака и формирају угао од 90 степениo са нормалама горње и доње површине. Дакле, флукс на горњој и доњој површини снопа је Φ = EA cos 90o = ЕА (0) = 0.
Линије електричног поља обојене жутом бојом поклапају се са десном и левом бочном површином зрака тако да формирају угао од 90 степениo са нормалама леве и десне бочне површине. Дакле, флукс на десној и левој бочној површини блока је Φ = EA cos 90o = ЕА (0) = 0.
Линије електричног поља обојене црвеном бојом су нормалне на предњу и задњу површину блока, формирајући угао од 0o са нормалама предње и задње површине. Дакле, флукс је Φ = EA cos 0o = ЕА (1) = ЕА.
На горњој слици, виде се црвене линије електричног поља како се крећу у блок, а затим изван блока. Када се линије електричног поља крећу у блок као да постоји негативно наелектрисање у блоку, флукс је негативан. Супротно томе, када се линије електричног поља крећу изван блока као да постоји позитивно наелектрисање у блоку, електрични флукс је позитиван. Квалитативно или без израчунавања, ако је број линија електричног поља које улазе у блок исти као и број линија електричног поља које излазе из блока, резултујући флукс је нула. Квантитативно или коришћењем израчунавања, резултујући електрични флукс који пролази кроз блок израчунава се на следећи начин: улазни флукс = Φ 1 = – EA cos 0 o = – EA (1) = -EA и излазни флукс = Φ 2 = + EA cos 0 o = + EA (1) = +E A. Укупан флукс је Φ = -Φ 1 + Φ 2 = -EA + EA = 0.
На основу горе наведених прорачуна, закључује се да је укупан флукс који пролази кроз блок, као што је приказано на горњој слици, једнак нули. Може се рећи да је укупан флукс једнак нули јер нема електричног наелектрисања унутар блока. Стога, ако нема електричног наелектрисања унутар затворене површине као што је блок, коцка, сфера или други објекат, укупан флукс је једнак нули. Шта ако постоји електрично наелектрисање унутар затворене површине?
Претпоставимо да постоји електрично наелектрисање у центру сфере, као што је приказано на слици десно. Четири приказане линије електричног поља представљају друге линије електричног поља које се крећу ка споља од центра сфере, нормално на површину сфере. Свака линија је нормална на површину сфере кроз коју пролази, формирајући угао од 0 ° са нормалом нормално на површину сфере.
Електрични флукс у сфери:
Формула за јачину електричног поља је E = k Q / r² , а формула за површину сфере је A = 4π r² , тако да се формула флукса мења у:
![]()
Ако је наелектрисање у центру сфере +2Q, онда је флукс у сфери
![]()
На основу горње формуле, закључује се да ако постоји електрично наелектрисање унутар затворене сферне површине, онда вредност флукса у сфери не зависи од пречника или полупречника сфере. Вредност флукса је 4πk пута укупно електрично наелектрисање унутар сфере или 1/εo пута укупно електрично наелектрисање унутар сфере.
Јединица за електрични флукс
Основна формула за флукс је Φ = EA, где је E јачина електричног поља, а A површина. Јединица електричног поља је Њутн по Кулону (N/C), а јединица површине је квадратни метар (m² ) , тако да је јединица флукса Њутн квадратни метар по Кулону (Nm² / C).