电通量的物理意义是与电场强度相关联的,电场强度的数值就是:在与电场方向正交的表面上,通过单位面积表面的电通量,也就是电通量面密度。  设想有一个喷水器,均匀地向四面八方喷水。假设喷水器在单位时间内向外喷射的水量为 ,所喷射的水流以喷水器为中心,沿径向放射性地射向无穷远。现在要回答这样一个问题:在以喷水器为中心,半径为 的球面上有面积为 的一小块球面。我们想要知道,在单位时间内有多少水量流过这块球面。我们知道,一个半径为 的球面的总面积为 。由于喷水器在单位时间内喷出的水量为 ,因此,单位时间内流过这个球面的水量也是 。由于喷水器均匀地向四面八方喷射水流,因此,单位时间内流过这个球面上单位面积表面的水量必定为 。于是,单位时间内流过 的水量就是 。在对上述问题的解答中,我们看到了一些熟悉的东西:与距离的平方成反比的规律。把流过球面上单位面积表面的水量与点电荷的电场强度作比较,就不难体会到所谓的电场强度的意义何在:电场强度的数值一定与通过球面上一块单位面积表面的某种物理量相联系。 以点电荷为中心作一个半径 为任意的球面,在球面上的每一点处,电场强度的数值为 。在球面上该点附近取一小块面积为 的表面,把 称为通过这块表面的电通量。显然,电通量这个概念与喷水器问题中流过一小块球面的水量有相似的意义。因此,电场强度的数值就等于通过单位面积球面的电通量 (即电通量面密度)。如果用 表示电通量,则在以点电荷为球心的一个任意球面上,通过面积为 的一小块球面的电通量就可以写成现在,对喷水器问题进一步提出:在离开喷水器的距离为 处有一小块面积为 的平面,它与水流的方向有一个夹角 ,我们想要知道单位时间内流过这块平面的水量。为了解决这个问题,以喷水器为起点,向这块平面作一个锥面,把这块平面包裹起来。这个锥面在半径为 的球面上将圈出一小块面积为 的球面。显然, 正是 在这个球面上的投影:。在单位时间内流过 的水将全部流过 ,而没有流过 的水则不会流过 。因此,单位时间内流过 的水量必定为 。为了将这种情况形象地过渡到电场的问题,以喷水器为起点,向外沿径向均匀地画一些放射状的水流线,水流线的数目正比于喷水器在单位时间内向外喷射的水量 。从刚才的图象不难理解,通过 面和 面的水流线的数目相等。 现在把问题过渡到电场的情况,把问题中的喷水器改换成点电荷,水流线则改换成点电荷的电场线,它们也是从点电荷开始沿径向呈放射状的射线,电场线的数目正比于点电荷的带电量 。引入电场线的数目这个概念后,从刚才对喷水器问题的讨论不难理解,通过 的电通量就等当于 (或者说正比于) 通过 的电场线的数目。利用这种等当性容易得到,通过 的电通量等于通过 的电通量:把问题拓展到一般的电场和一般的表面,事情有点复杂,因为在一般情况下,在一个表面上的每一个点处,电场强度的数值和方向都不一样,不能把上面点电荷的电场通过球面的电通量的表达式照搬过来。对于这种情况,可以将所讨论的面分割成许多小片,如果每一小片都很小,以至在它上面的各点处电场强度的数值和方向都近似相等,就可以借用点电荷的公式得到通过这一小片表面的电通量,再将所有小片的电通量加起来,就得到通过整个面的电通量。假定已经将一块面积为有限的任意形状的面分割成无穷多片无穷小的面,先来看其中的一小片。对于一片面积为无穷小的面 (称之为面元),可以近似地将它当作一个平面来看待,引入一个叫做面元矢量的概念。一个面元矢量的大小等于这个面元的面积,其方向指向该面元的法线方向:。有了面元矢量的概念,就可以将点电荷电场的电通量概念拓展到一般的电场中。通过一个面元的电通量其中 是电场强度与面元矢量的夹角。于是,在一个一般的电场中,通过一个任意 (任意形状和任意面积) 面上的电通量就可以写成其中积分遍及所考虑的整个面。 该如何将一个任意的面分割成无穷多个无穷小的面元,有赖于这个面的具体形状和所使用的坐标系。
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