Дефиниција електричног флукса
Што се тиче електричног поља, разматрана је дефиниција и једначина електричног поља која се може користити за израчунавање јачине електричног поља коју производи једно електрично наелектрисање, неколико електричних наелектрисања или расподела електричног 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 генерише расподела електричног наелектрисања, израчунавање је компликованије ако се користи формула за јачину електричног поља, али је лакше користити Гаусов закон . Пре него што детаљније проучимо Гаусов закон, прво треба разумети електрични флукс због концепта електричног флукса који се користи у Гаусовом закону.
Реч флукс је изведена од латинске речи fluere, што значи тећи. Електрични флукс се може тумачити као ток електричног поља. Реч ток овде не приказује електрично поље које тече попут текуће воде, већ објашњава постојање електричног поља које води у одређеном правцу. Што се тиче линија електричног поља, објашњено је да се електрично поље визуализује или црта помоћу линија електричног поља, па се стога електрични флукси такође описују као линије електричног поља. Дакле, електрични флукс је линија електричног поља која пролази одређену површину, као што је приказано на слици испод.
Једначина електричног флукса
Математички, електрични флукс је производ електричног поља (Е), површине (А) и косинуса угла између линије електричног поља и нормале окомите на површину.
Ф = ЕА цос θ ……………. (једначина 1)
Ако су линије електричног поља нормалне на површину коју пролазе као на слици, онда је угао између линије електричног поља и нормале 0 ° , где је cos 0 ° = 1. Дакле, формула за електрични флукс се мења у:
F = EA cos 0o = ЕА (1)
F = EA ……………. (Једначина 2)
На основу формуле, горњи електрични флукс закључује неколико ствари. Прво, електрични флукс је максималан када је линија електричног поља нормална на површину, јер је у овом услову угао између линије електричног поља и нормале 0°, где је косинус 0 ° једнак 1. (Е) и површина (А). Поред површине квадратног облика као у горњем примеру, површина може бити и сферна и друге врсте.
Електрични флукс на затвореној површини
Електрични набој описан раније користи пример отворене површине (квадратне или правоугаоне површине). Како се електрични флукси преносе на затвореним површинама као што су коцке, греде или лопте? Претпоставимо да постоје линије електричног поља које пролазе кроз греду, као што је приказано испод.
Линије електричног поља, обојене плавом бојом, поклапају се са горњом и доњом површином зрака тако да формирају угао од 90 степени.o са нормалом горње и доње површине. Дакле, електрични флукс на горњој и доњој површини зрака је F = EA cos 90o = ЕА (0) = 0.
Линије електричног поља које су означене жутом бојом поклапају се са десном и левом бочном површином снопа тако да заклапају угао од 90 ° са нормалом леве и десне бочне површине. Дакле, електрични флукс на десној и левој страни снопа је F = EA cos 90 ° = EA(0) = 0.
Линије електричног поља су дате црвеном управношћу на предњу и задњу површину снопа тако да заклапају угао од 0 ° са нормалом предње и задње површине. Дакле, електрични флукс је F = EA cos 0 ° = EA (1) = EA.
На горњој слици, видљиве црвене линије електричног поља се крећу у сноп, а затим из снопа. Када се линије електричног поља крећу у сноп као да постоји негативно наелектрисање унутар снопа, електрични флукс је негативан. Супротно томе, када се линије електричног поља крећу из снопа као да постоји позитивно наелектрисање унутар снопа, електрични флукс је позитиван. Квалитативно, ако је број линија електричног поља које улазе у сноп једнак броју линија електричног поља које излазе из снопа, резултујући електрични флукс је нула. Квантитативно, резултујући електрични флукс који пролази кроз сноп израчунава се на следећи начин: долазни електрични флукс = F1 = – EA cos0o = – EA(1) = -EA и одлазни електрични флукс = F2 = + EA cos0o = + EA(1) = + EA. Укупан електрични флукс је F = – F1 + F2 = -EA + EA = 0.
На основу горе наведених прорачуна, закључено је да је укупан електрични флукс који пролази кроз сноп као на горњој слици једнак нули. Може се рећи да је укупан електрични флукс једнак нули јер нема електричног наелектрисања у снопу. Дакле, ако нема електричног наелектрисања у затвореној површини као што су греде, коцке, сфере итд., укупан електрични флукс је једнак нули. Шта ако постоји електрично наелектрисање на затвореној површини?
Претпоставимо да постоји електрично наелектрисање у центру лопте, као што је приказано на слици са стране. Четири линије електричног поља су описане као представљају линије других електричних поља које се крећу од центра сфере нормално на површину сфере. Свака линија је нормална на површину лопте, кроз коју заклапа угао од 0o са нормалном линијом управном на површину лопте.
Електрични флукс на лопти: Φ = E A.
Формула за јачину електричног поља је E = kq / r² , а једначина површине сфере је A = 4 pr² , тако да се формула електричног флукса мења у:
Ако је наелектрисање у центру лопте + 2Q, онда је електрични флукс на лопти
На основу формуле за електрични флукс, закључује се да ако постоји електрично наелектрисање у затвореној сферној површини,
Вредност електричног флукса на лопти не зависи од пречника или полупречника лопте. Величина електричног флукса је 4πk пута укупно електрично наелектрисање у лопти, или 1/ε o пута укупно електрично наелектрисање у лопти.
Јединица електричног флукса
Основна формула електричног флукса је F = 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 електричног флукса Њутн квадратни метар по Кулону (Nm² / C).
