深度分析电通量及磁通量本质
胡 良
深圳市宏源清实业有限公司, 深圳市 518004
摘要:通量是指在每秒内,某种物质通过每平方厘米的假想平面的摩尔数,表达了物质分子移动量的大小。简单来说,就是在单位时间单位面积物质的流通量。
关键词:通量,电通量,磁通量,量子场论,引力场,基本粒子
作者:总工,硕士,高工
Dimensions of current, resistance and voltage
Hu Liang
Abstract:The energy constant (Hu) is the smallest energy unit, Hu = h * C=Vp*C^(3), which reflects the intrinsic relationship between the vacuum speed of light (C) and Planck's constant (h).
1引言
通量是指在每秒内,某种物质通过每平方厘米的假想平面的摩尔数,表达了物质分子移动量的大小。简单来说,就是在单位时间单位面积物质的流通量。
例如,单位时间单位面积物质的流通量,
扩散通量,量纲是,mol/[L^(2)T^(1)],单位是mol/[m^(2)*s];
热流通量,量纲是,{[L^(3)T^(-1)]*[L^(2)T^(-2)]}/[L^(2)T^(1)];
热通量,单位是J/[m^(2)*s]。
粒子通量(N)定义,时间间隔dt内粒子的增量dN,N=dN/dt,量纲是,N/T^(1),单位为s^(-1)。
粒子注量Φ:辐射场中某一点的注量是进入以该点为球心,截面为da的小球体内的粒子数dN除以da而得的商,即Φ=dN/da,量纲是,mol/[L^(2)T^(0)],单位为,m^(-2)。
粒子注量率φ单位时间内,进入单位面积的球体内的粒子数,定义为dΦ中除以dt的商,量纲是,mol/[L^(2)T^(1)],单位为m^(-2)*s^(-1)。
2电通量
在电磁学中,电通量(ΦE)是电场的通量,相当于与穿过一个曲面的电场线的数目成正比,是表征电场分布情况的物理量。
电场中某处面元(dS)的电通量 dΦE 定义是该处场强的大小E与dS在垂直于场强方向的投影,dΦE=E*dS*cosθ
式中, θ是 dS 的法线方向 (n) 与场强(E)的夹角。电通量是标量,θ<90°为正值,θ>90°为负值。通过任意闭合曲面的电通量 ΦE 等于通过构成该曲面的面元的电通量的代数和。
对于闭合曲面,取它的外法线矢量(指向外部空间)为正向。通过任意闭合曲面的电通量可以不为零,这表明静电场是有源的。
有旋电场的高斯定理指出,通过任意闭合曲面的电通量(指有旋电场的通量)为零,表明有旋电场是无源的。
通量(如电通量、磁通量、流量及电流等)是描述矢量场(如电场、磁场、流速场、电流场等)性质的手段,其可以确定矢量场是否有源头。
电通量密度是通过垂直于电场方向的单位面积的电通量,它等于该处电场的大小 。
电场强度:E=F/q。
其中,E表达电场强度,是矢量(电场的叠加原理);
q,表达检验电荷,场强是本身的性质与电场力及电量无关,与距离相关。可见,其量纲是,[L^(1)T^(0)];
力(F)的量纲是,[L^(3)T^(-1)]*[L^(1)T^(-2)];
电场强度(E)的量纲是,[L^(3)T^(-3)]。
从另一个角度来看,
电场强度(E)表达式为,E=Uab/d 。
其中,Uab表达两点间的电压;量纲是,[L^(3)T^(-1)]*[L^(1)T^(-2)]}。
d表达两点在场强方向的距离,量纲是[L^(1)T^(0)]。
可见,电场强度量纲是,[L^(3)T^(-3)],即,[L^(3)T^(-2)]*[L^(0)T^(-1)]。
此外,电通量(ΦE)的量纲是:[L^(5)T^(-3)],
即,[L^(3)T^(-1)]*[L^(2)T^(-2)]。
3磁通量
磁通量(Φ),是通过某给定曲面的磁场的大小的度量。其定义是设在磁感应强度为B的匀强磁场中,有一个面积为S且与磁场方向垂直的平面,磁感应强度B与面积S的乘积,叫做穿过这个平面的磁通量(磁通)。公式:Φ=B*S,适用条件是B与S平面垂直。当S与B的垂面存在夹角θ时,Φ=B·S·COSθ。
单位:在国际单位制中,磁通量的单位是韦伯(Wb),是标量,但有正负,正负仅代表穿向。
磁通量的意义可以用磁感线加以说明.磁感线越密的地方,也就是穿过单位面积的磁感线条数越多的地方,磁感应强度B越大。因此,B越大,S越大,穿过这个面的磁感线净条数就越多,磁通量就越大。过一个平面若有方向相反的两个磁通量,这时的合磁通为相反方向磁通量的代数和(即相反合磁通抵消以后剩余的磁通量)。
通过任意闭合曲面的磁通量为零,即它表明磁场是无源的。具体来说,通电导体与磁场方向垂直时,其受力大小既与导线长度(L)成正比,又与导线中的电流(I)成正比,公式是F=I*L*B,式中B是磁感应强度。
受力大小(F)的量纲是:[L^(3)T^(-1)]*[L^(1)T^(-2)];
电流(I)的量纲是,[L^(1)T^(-1)];
导线长度(L)的量纲是,[L^(1)T^(0)];
磁感应强度(B)的量纲是,[L^(2)T^(-2)],或,[L^(3)T^(-1)]/[L^(1)T^(1)]。
磁通量(Φ)的量纲是,[L^(3)T^(-1)]*[L^(1)T^(-1)]。
4结论
通量概念是描述矢量场性质的必要手段,通量密度则描述矢量场的强弱。磁通量和磁通密度,电通量和电通密度都是如此。
在国际单位制(SI)中,磁通量的单位是韦伯(Wb)。
通电导体与磁场方向垂直时,它受力的大小既与导线长度L成正比,又与导线中的电流I成正比,即与I和L的乘积IL成正比,公式是F=ILB,式中B是磁感应强度。
磁通量的定义为覆盖某面积的磁场的积分,其中:Φ为磁通量,B为磁感应强度,S为面积。已知高斯磁场定律为:Φ=BS。通过任何密闭表面的磁通量一定为零;自由的磁电荷是不存在的。