Sähkövuo

Sähkövuo (tunnus Ψ tai Φ_E) on kahta eri suuretta tarkoittava käsite. Asiayhteydestä riippuen on kysymys eri suureista, ja terminologia voi olla välillä harhaanjohtavaakin.^[1]

Magneettivuon kanssa analoginen "sähkövuo"

Sähkövuo on magneettivuon kanssa vastaavasti sähkökenttää kuvaava skalaarisuure, jota SI-järjestelmässä mitataan yksiköllä coulombi (C = A·s).^[2][3] Tämä sähkövuo (engl. "electric displacement flux") pinnan P läpi saadaan pintaintegraalista, jossa D on sähkövuon tiheys:^[4]

${\displaystyle \Phi _{E}=\iint _{P}\mathbf {D} \cdot d\mathbf {A} }$.

Positiivisesta varauksesta lähtee sitä ympäröivään tilaan kuviteltu virtaus, jota nimitetään sähkövuoksi, ja se läpäisee yhtä suurena jokaisen varausta ympäröivän suljetun pinnan. Negatiivisen varauksen ympäristöstä tuleva sähkövuo päättyy varaukseen. Positiivista varausta kutsutaan lähteeksi ja negatiivista varausta nieluksi. Varatun hiukkasen "säteilemän" sähkövuon suuruudeksi määritellään yksinkertaisesti hiukkasen varaus. Huomattavaa on kuitenkin, että sähkövuo voi olla nollasta poikkeava myös avaruudessa, jossa ei ole varautuneita hiukkasia: esimerkiksi käy vapaassa avaruudessa etenevä sähkömagneettinen säteily, jonka edetessä sähkövuo muuttuu jatkuvasti.

Sähkövuo on pinnan läpi kulkevien sähkökentän kenttäviivojen lukumäärä (tarkemmin: ulospäin ja sisäänpäin menevien kenttäviivojen kohtisuorien komponenttien erotus). Gaussin laki sähkökentille kertoo, että suljetun pinnan läpi laskettu sähkövuo on yhtä kuin pinnan sisäänsä sulkemien varausten summa. Gaussin laki sähkökentille on yhtäpitävä Coulombin lain kanssa.

Sähkövuon muutosnopeutta d${\displaystyle \phi _{E}}$ /dt kutsutaan kenttämuutosvirraksi, joka täydentää Ampèren lain Ampère-Maxwellin yhtälöksi. Kenttämuutosvirran ja muiden Maxwellin yhtälöiden pohjalta voidaan ymmärtää sähkömagneettisen säteilyn aaltoluonne.

Sähkökentän voimakkuuteen perustuva "sähkövuo"

Toista sähkövuoksi kutsuttua suuretta ("sähköinen kentänvoimakkuusvuo", engl. "electric field strength flux") mitataan yksiköllä voltti-metri (V·m = N·m²/C).^[5] Tämä sähkövuo saadaan sähkökentän voimakkuuden (E) pintaintegraalista.

Katso myös

• Sähköisten suureiden analogiat