Ugrás a tartalomhoz
Független villanyszerelési tudástár Tájékoztatás · Biztonság · Közérthetőség

Elektromos fluxus és indukció: jelentés, jel és képlet

Röviden

Az E és D különbsége, az elektromos fluxus jele, SI-egysége és képlete. Saját szögfüggési példa és a Gauss-törvény két alakjának világos magyarázata.

Hirdetés

Az elektromos térerősség egy helyen jellemzi a mezőt, a fluxus pedig egy kiválasztott felülethez tartozik. Anyag jelenlétében az elektromos indukció, a D vektor is hasznos mennyiség. A pontos jelentéshez mindig meg kell nézni, melyik mező fluxusáról beszélünk: az E és a D felületi integráljának eltérő a mértékegysége.

A négy mennyiség jele és mértékegysége

Ha a táblázat nem fér ki, oldalra görgethető. Billentyűzettel a bal és jobb nyilat használd.

Mennyiség Itt használt jel Meghatározás SI-mértékegység
Elektromos térerősség E Az elektromos erő és a próbatöltés hányadosa: E = F/q, vektorosan értve. N/C = V/m
Elektromos indukció D D = ε0E + P C/m2
Az E mező fluxusa ΦE ΦE = ∫S E · dA N·m2/C = V·m
A D mező fluxusa ΨD ΨD = ∫S D · dA C

A betűhasználat tankönyvenként változhat. Ha egy feladat egyszerűen „elektromos fluxust” említ, a definícióból és a mértékegységből derül ki, melyiket kéri. A táblázatban E, D, F, P és dA vektor, a két fluxus előjeles skalármennyiség. A pont skalárszorzatot jelent, nem vektoriális szorzást.

Mit fejez ki a D = ε0E + P összefüggés?

A P polarizáció az anyag térfogategységre jutó elektromos dipólusmomentumát írja le. Az ε0 a vákuum permittivitása. D ezekből és a makroszkopikus E térből képzett mennyiség; nem az elmozdult elektronok darabszáma, és nem egy felületen ténylegesen átfolyó töltés. A definíció és a szabad töltéshez való kapcsolat az MIT dielektrikumokról szóló jegyzetének 17. oldalán követhető.

Lineáris, izotrop anyagmodellben, az adott körülményekre érvényes permittivitással a kapcsolat egyszerűbb:

D = εE, ahol ε = ε0εr.

A linearitás azt jelenti, hogy a válasz arányos a térrel; az izotrópia azt, hogy nincs kitüntetett anyagi irány. Irányfüggő vagy nemlineáris anyagnál egyetlen állandóval nem írható le ugyanígy a kapcsolat. A permittivitást a vezetőképességgel sem szabad felcserélni: a polarizáció és a vezetési áram eltérő jelenség.

Fluxus sík felületen: a szög a felület normálisához tartozik

Ha E egy sík felület minden pontjában azonos, akkor ΦE = EA cos θ. Itt A a felület nagysága, θ pedig a mező és a felületre merőleges, választott irányú normálvektor szöge. Ha a mező merőleges a síkra és a normállal azonos irányú, θ = 0°, így ΦE = EA. A síkkal párhuzamos mezőnél θ = 90°, a fluxus nulla.

Online Marketing és Pszichológia – a kiadó könyve
Online Marketing és Pszichológia című könyv

Görbült felületnél vagy helyfüggő mezőnél kis felületelemek hozzájárulását kell összegezni; ezt jelöli a felületi integrál. Az erővonalrajz szemléltetés: a berajzolt vonalak darabszáma szabadon választott, ezért önmagában nem mérési eredmény.

Saját számolási példa: csak a felület iránya változik

Legyen homogén mezőben E = 200 V/m és A = 0,50 m2. Az EA szorzat 100 V·m. A felületet képzeletben elforgatva:

Ha a táblázat nem fér ki, oldalra görgethető. Billentyűzettel a bal és jobb nyilat használd.

θ a normálhoz képest cos θ ΦE
0° 1 100 V·m
60° 0,5 50 V·m
90° 0 0 V·m
180° −1 −100 V·m

A mező nagysága mind a négy sorban ugyanaz. A negatív eredmény az orientációt jelzi; a nulla eredményből pedig nem következik, hogy nincs elektromos tér. A számoláshoz nincs szükség tényleges feltöltésre vagy szikrakísérletre.

Gauss-törvény: zárt felület, kétféle töltéskönyvelés

Zárt felület esetén a dA felületelem kifelé mutat. A ∮ jel azt hangsúlyozza, hogy a teljes zárt felületen integrálunk. A két alak:

  • ∮ E · dA = Qösszes, belül/ε0: a felületen belüli összes töltés számít, a szabad és a polarizációhoz kötött töltés is.
  • ∮ D · dA = Qszabad, belül: a D definíciójába foglalt polarizáció miatt a jobb oldalon a szabad töltés szerepel.

A mezőt a felületen kívüli töltések is befolyásolhatják. Gauss törvénye a teljes kifelé irányuló fluxusra vonatkozik: nem állítja, hogy a felület minden pontjában csak a belső töltések keltenek teret. Ha egy zárt felület össztöltése nulla, a befelé és kifelé irányuló hozzájárulások kiegyenlíthetik egymást úgy is, hogy E helyenként nem nulla.

Mit ellenőrizz egy fluxusfeladat előtt?

  1. E-t vagy D-t kell integrálni? A két mértékegységet ne keverd össze.
  2. Nyitott vagy zárt a felület? A Gauss-törvény fenti töltéses alakjai zárt felülethez tartoznak.
  3. A megadott szög a síkkal vagy a normálissal értendő? Ez dönti el, melyik szög koszinusza kerül a képletbe.
  4. Homogén a mező a felületen? Az egyszerű EA cos θ szorzat csak ekkor helyettesíti a felületi integrált.
  5. Milyen anyagmodellre érvényes a megadott ε? Az anyagnév önmagában nem igazol minden körülményre állandó értéket.

Források és további ellenőrzés

Online Marketing és Pszichológia – a kiadó könyve
Tanulj reklámpszichológiát a könyvemből
Biztonsági megjegyzés

Ez a cikk ismeretterjesztő céllal készült. A helyszíni adottságok eltérhetnek, ezért szerelés vagy átalakítás előtt kérj megfelelő szakembertől ellenőrzést.

DG Dekor v1.0.2

GA4-kiegészítő: v1.1.1