En electromagnetismo , el flujo eléctrico es la medida del campo eléctrico a través de una superficie dada, [1] aunque un campo eléctrico en sí mismo no puede fluir.
El campo eléctrico E puede ejercer una fuerza sobre una carga eléctrica en cualquier punto del espacio. El campo eléctrico es el gradiente del potencial.
Una carga eléctrica, como un solo electrón en el espacio, tiene un campo eléctrico que la rodea. En forma gráfica, este campo eléctrico se muestra como "líneas de flujo" que se irradian desde un punto (la carga). Estas se llaman líneas de Gauss. [2] Tenga en cuenta que las líneas de campo son una ilustración gráfica de la intensidad y la dirección del campo y no tienen un significado físico. La densidad de estas líneas corresponde a la intensidad del campo eléctrico, que también podría llamarse densidad de flujo eléctrico: el número de "líneas" por unidad de área. El flujo eléctrico es directamente proporcional al número total de líneas de campo eléctrico que atraviesan una superficie. Para simplificar los cálculos, a menudo es conveniente considerar una superficie perpendicular a las líneas de flujo. Si el campo eléctrico es uniforme, el flujo eléctrico que pasa a través de una superficie de área vectorial A es donde E es el campo eléctrico (que tiene unidades de V/m ), E es su magnitud, A es el área de la superficie y θ es el ángulo entre las líneas de campo eléctrico y la normal (perpendicular) a A .
Para un campo eléctrico no uniforme, el flujo eléctrico dΦ E a través de una pequeña área superficial d A viene dado por (el campo eléctrico, E , multiplicado por el componente del área perpendicular al campo). Por lo tanto, el flujo eléctrico sobre una superficie viene dado por la integral de superficie : donde E es el campo eléctrico y d A es un área infinitesimal sobre la superficie con una normal a la superficie orientada hacia afuera que define su dirección.
Para una superficie gaussiana cerrada , el flujo eléctrico viene dado por:
dónde
Esta relación se conoce como ley de Gauss para campos eléctricos en su forma integral y es una de las ecuaciones de Maxwell .
Si bien el flujo eléctrico no se ve afectado por cargas que no se encuentran dentro de la superficie cerrada, el campo eléctrico neto, E, sí puede verse afectado por cargas que se encuentran fuera de la superficie cerrada. Si bien la ley de Gauss se aplica a todas las situaciones, resulta más útil para los cálculos "a mano" cuando existen altos grados de simetría en el campo eléctrico. Algunos ejemplos son la simetría esférica y cilíndrica.
La unidad [SI] de flujo eléctrico es el voltímetro ( V·m ), o, equivalentemente, newton -metro cuadrado por culombio ( N·m 2 ·C −1 ). Por lo tanto, la unidad de flujo eléctrico expresada en términos de unidades básicas del SI es kg·m 3 ·s −3 ·A −1 . Su fórmula dimensional es .
