Fluxo (física)

miniatura|Para calcular o fluxo dun campo vectorial  (frechas vermellas) a través dunha superficie  a superficie divídese en pequenos parches . O fluxo a través de cada parche é igual á compoñente normal (perpendicular) do campo, o produto escalar de  co vector normal unitario.  (frechas azuis) no punto  multiplicado pola área . A suma de F·n̂  para cada parche na superficie é o fluxo a través da superficie é o fluxo a través da superficie

En física, o fluxo dunha magnitude física a través dunha superficie ten dous significados distintos, dependendo do tipo de fenómeno ao que se refira. A principal diferenza matemática entre os dous usos é o tipo de magnitude que obtén.

 No contexto do electromagnetismo, o fluxo é unha magnitude escalar, que describe a intensidade dun campo que actúa a través dunha superficie arbitraria;

 No contexto de fenómenos de transporte como a transmisión de calor e a difusión, o fluxo é unha magnitude vectorial, que describe a magnitude e dirección do fluxo dunha substancia ou propiedade.

 Fluxo dun campo vectorial a través dunha superficie 
Segundo a definición que se usa habitualmente en electromagnetismo, defínese o fluxo  escalar a partir dun campo vectorial  a través dunha superficie  orientábel calquera, pola expresión:

Onde  representa o vector infinitesimal da área, orientado perpendicularmente a el.

A medida que se realiza o produto escalar destas magnitudes vectoriais, o resultado da integral é un escalar. Tamén é importante ter en conta que o signo do fluxo dependerá da orientación do vector , xa que hai dúas direccións posibles para a dirección perpendicular á superficie  . Aínda que matematicamente a elección é arbitraria, cando se traballa con fluxo magnético, por exemplo, o sinal adquire significado físico e debe obterse aplicando a lei de Lenz.

 Fluxo eléctrico 
Dado un campo eléctrico , o fluxo a través dunha superficie  fechada vén dado por:

O fluxo eléctrico é de fundamental importancia no cálculo do campo eléctrico en situacións altamente simétricas, mediante o uso da lei de Gauss, cuxa afirmación é:

Onde  é a cantidade de carga interna á superficie, e  a constante de permisividade do baleiro .

 Fluxo magnético 
Dado un campo magnético  o fluxo a través dunha superficie  Vén dado por:

Tense que, debido á inexistencia de monopolos magnéticos, o fluxo  a través de superficies fechadas é nulo. Para superficies abertas, o fluxo magnético atopa aplicación no fenómeno da indución electromagnética, descrito pola lei de Faraday:

Onde  é a forza electromotriz inducida (emf). O signo tamén se pode obter usando a lei de Lenz .

 Fenómenos de transporte 
Neste contexto, o fluxo é a cantidade dunha cantidade que atravesa unha superficie por unidade de tempo. Segundo esta definición, o fluxo resultante é un vector, cuxa norma é igual á velocidade temporal á que se atravesa a superficie, e cuxa dirección é normal á superficie considerada. Exemplos comúns de fluxo nesta dirección son:

 Fluxo de par, a relación de par por unidade de área (N·s·m -2 ·s -1 );
 Fluxo de calor, a taxa de calor que pasa pola unidade de área (J·m −2 ·s −1 );
 Fluxo de difusión, a velocidade de movemento das moléculas por área unitaria (mol·m −2 ·s −1 );
 Fluxo volumétrico, a taxa de volume que pasa pola unidade de área (m 3 ·m −2 ·s −1 );
 Fluxo de masa, a taxa de masa que pasa pola unidade de área (kg·m −2 ·s −1 );
 Fluxo radioactivo, a cantidade de enerxía transferida en forma de fotóns a certa distancia da fonte por unidade de área por unidade de tempo (J·m −2 ·s −1 );
 Fluxo de enerxía, a taxa de enerxía que pasa pola unidade de área (J·m −2 ·s −1 ). O fluxo radiativo e o fluxo de calor son casos específicos de fluxo de enerxía;
 Fluxo de partículas portadoras de carga, a velocidade de partículas que pasan pola unidade de área ([número de partículas] m −2 ·s −1 ).

 Difusión química 
O fluxo molar químico dun A nun sistema isotérmico e isobárico defínese na primeira lei de Fick anteriormente mencionada como:



onde:

  é o coeficiente de difusión (m 2 /s) do compoñente A que se difunde polo compoñente B,
  é a concentración en ( mol /m 3 ) da especie A.

Este fluxo ten unidades de mol·m − 2 ·s − 1 e encaixa na definición orixinal de fluxo de Maxwell. 

Nota:  ("nabla") denota o operador del.

Para os gases diluídos, a teoría da cinética molecular relaciona o coeficiente de difusión D coa densidade de partículas n = N / V, a masa molecular m, a sección transversal de colisión. , e a temperatura absoluta T por



onde o segundo factor é o curso libre medio e a raíz cadrada (coa constante k de Boltzmann) é a velocidade media das partículas.

Nos fluxos turbulentos, o transporte por movemento turbulento pódese expresar como un coeficiente de difusión groseiramente incrementado.

 Notas 

 Véxase tamén 

 Bibliografía 

 Hecht, E.. Óptica, 2ª edição. Fundação Calouste Gulbenkian, 2002. Cap. 3
 Adams, R.. Calculus: A Complete Course, 5ª ed. Addison Wesley Longman, 2003. 939-942 p. (en inglés)
 Typler, P. & Mosca, G.. Physics for Scientists and Engineers, 5ª edición. W. H. Freeman and Company, Nova York, 2004. (en inglés)

Categoría:Magnitudes físicas
Categoría:Wikipedia:Páxinas con traducións non revisadas