In den verschiedenen Teilfeldern der Physik, dort bestehen Sie zwei allgemeiner Gebrauch des Begriffes Fluss, beide mit dem strengen mathematischen Fachwerk.

• In der Studie von Transportphänomenen (Wärmeübertragung, Massenübertragung und flüssige Dynamik), wird Fluss als Fluss pro Einheitsgebiet definiert, wo Fluss die Bewegung von etwas Menge pro Einheitszeit ist. Fluss, in dieser Definition, ist ein Vektor.
• In den Feldern des Elektromagnetismus und der Mathematik ist Fluss gewöhnlich das Integral einer Vektor-Menge, Flussdichte über eine begrenzte Oberfläche. Es ist ein integrierter Maschinenbediener, der einem Vektorfeld ähnlich zum Anstieg, der Abschweifung und den in der Vektor-Analyse gefundenen Locke-Maschinenbedienern folgt. Das Ergebnis dieser Integration ist eine Skalarmenge genannt Fluss. Der magnetische Fluss ist so das Integral des magnetischen Vektorfeldes B über eine Oberfläche, und der elektrische Fluss wird ähnlich definiert. Mit dieser Definition ist der Fluss des Vektoren von Poynting über eine angegebene Oberfläche die Rate an der elektromagnetische Energieflüsse diese Oberfläche. Verwirrend wird der Vektor von Poynting manchmal den Macht-Fluss genannt, der ein Beispiel des ersten Gebrauchs des Flusses oben ist. Es hat Einheiten von Watt pro Quadratmeter (W/m).

Man, konnte gestützt auf der Arbeit von James Clerk Maxwell streiten, dass die Transportdefinition der neueren Weise vorangeht, wie der Begriff im Elektromagnetismus gebraucht wird. Das spezifische Zitat aus Maxwell ist "Im Fall von Flüssen, wir müssen das Integral über eine Oberfläche des Flusses durch jedes Element der Oberfläche nehmen. Das Ergebnis dieser Operation wird das Oberflächenintegral des Flusses genannt. Es vertritt die Menge, die die Oberfläche durchführt."

Zusätzlich zu diesen wenigen allgemeinen mathematischen Definitionen gibt es viele loserer aber ebenso gültiger, Gebrauch, um Beobachtungen von anderen Feldern wie Biologie, die Künste, Geschichte und Geisteswissenschaften zu beschreiben.

Transportphänomene

Ursprung des Begriffes

Der Wortfluss kommt aus Latein: Fluxus bedeutet "Fluss", und fluere soll "fließen". Als fluxion wurde dieser Begriff in die Differenzialrechnung von Isaac Newton eingeführt.

Fluss-Definition und Lehrsätze

Fluss ist Oberflächenbeschießungsrate. Es gibt viele in der Studie von Transportphänomenen verwendete Flüsse. Jeder Typ des Flusses hat seine eigene verschiedene Einheit des Maßes zusammen mit verschiedenen physischen Konstanten. Sieben von den meisten Standardformen des Flusses von der Transportliteratur werden als definiert:

1. Schwung-Fluss, die Rate der Übertragung des Schwungs über ein Einheitsgebiet (N · s · M · s). (Newtonsches Gesetz der Viskosität,)
2. Hitzefluss, die Rate der Hitze fließt über ein Einheitsgebiet (J · M · s). (Das Gesetz von Fourier der Leitung) (Passt diese Definition des Hitzeflusses die ursprüngliche Definition von Maxwell.)
3. Verbreitungsfluss, die Rate der Bewegung von Molekülen über ein Einheitsgebiet (mol · M · s). (Das Gesetz von Fick der Verbreitung)
4. Volumetrischer Fluss, die Rate des Volumens fließt über ein Einheitsgebiet (M · M · s). (Das Gesetz von Darcy des Grundwasser-Flusses)
5. Massenfluss, die Rate des Massenflusses über ein Einheitsgebiet (Kg · M · s). (Entweder eine abwechselnde Form des Gesetzes von Fick, das die molekulare Masse oder eine abwechselnde Form des Gesetzes von Darcy einschließt, das die Dichte einschließt.)
6. Strahlungsfluss, der Betrag der Energie, die sich in der Form von Fotonen in einer bestimmten Entfernung von der Quelle pro Steradianten pro Sekunde (J bewegt · M · s). Verwendet in der Astronomie, um den Umfang und die geisterhafte Klasse eines Sterns zu bestimmen. Auch Taten als eine Generalisation des Hitzeflusses, der dem Strahlungsfluss, wenn eingeschränkt, auf das Infrarotspektrum gleich ist.
7. Energiestrom, die Rate der Übertragung der Energie durch ein Einheitsgebiet (J · M · s). Der Strahlungsfluss und Hitzefluss sind spezifische Fälle des Energiestroms.
8. Partikel-Fluss, die Rate der Übertragung von Partikeln durch ein Einheitsgebiet ([Zahl von Partikeln] M · s)

Diese Flüsse sind Vektoren an jedem Punkt im Raum, und haben einen bestimmten Umfang und Richtung. Außerdem kann man die Abschweifung von einigen dieser Flüsse nehmen, um die Anhäufungsrate der Menge in einem Kontrollvolumen um einen gegebenen Punkt im Raum zu bestimmen. Für den Incompressible-Fluss ist die Abschweifung des Volumen-Flusses Null.

Chemische Verbreitung

Der chemische Mahlzahn-Fluss eines Bestandteils in einem isothermischen, isobaric System wird im ersten Gesetz des oben erwähnten Ficks als definiert:

:wo:

:* ist der Diffusionskoeffizient (m/s) des Bestandteils Ein Verbreiten durch den Bestandteil B,

:* ist die Konzentration (mol/m) Arten A.

Dieser Fluss hat Einheiten von mol · M · s, und passt die ursprüngliche Definition von Maxwell des Flusses.

Zeichen: ("Nabla") zeigt den del Maschinenbediener an.

Für verdünntes Benzin verbindet kinetische molekulare Theorie den Diffusionskoeffizienten D mit der Partikel-Dichte n = N/V, die molekulare MassenM, die Kollisionskreuz-Abteilung und die absolute Temperatur T durch

:

wo der zweite Faktor der freie Mittelpfad ist und die Quadratwurzel (mit dem unveränderlichen k von Boltzmann) die Mittelgeschwindigkeit der Partikeln ist.

In unruhigen Flüssen kann der Transport durch die Wirbel-Bewegung als ein äußerst vergrößerter Diffusionskoeffizient ausgedrückt werden.

Quant-Mechanik

In der Quant-Mechanik ließen Partikeln der MassenM im Staat eine Wahrscheinlichkeitsdichte als definieren

:

So ist die Wahrscheinlichkeit, eine Partikel in einer Einheit des Volumens zu finden, sagen wir

,:

Dann ist die Zahl von Partikeln, die eine rechtwinklige Einheit des Gebiets pro Einheitszeit durchführen

:

Das wird manchmal die Flussdichte genannt.

Elektromagnetismus

Fluss-Definition und Lehrsätze

Ein Beispiel der ersten Definition des Flusses ist der Umfang eines Stroms eines Flusses, d. h. des Betrags von Wasser, das durch einen Querschnitt durch den Fluss jede Sekunde fließt. Der Betrag des Sonnenlichtes, das auf einem Fleck des Bodens jede Sekunde landet, ist auch eine Art Fluss.

Um das Konzept des Flusses im Elektromagnetismus besser zu verstehen, stellen Sie sich ein Schmetterlingsnetz vor. Der Betrag von Luft, die sich durch das Netz in jedem gegebenen Moment rechtzeitig bewegt, ist der Fluss. Wenn die Windgeschwindigkeit hoch ist, dann ist der Fluss durch das Netz groß. Wenn das Netz größer gemacht wird, dann würde der Fluss größer sein, wenn auch die Windgeschwindigkeit dasselbe ist. Für den grössten Teil von Luft, um sich durch das Netz zu bewegen, muss die Öffnung des Netzes der Richtung gegenüberstehen, die der Wind bläst. Wenn die Nettoöffnung zum Wind parallel ist, dann wird sich kein Wind durch das Netz bewegen. Vielleicht ist die beste Weise, an Fluss zu denken, abstrakt, "Wie viel Zeug Ihr Ding durchgeht", wo das Zeug ein Feld ist und das Ding die virtuelle Oberfläche ist.

Als ein mathematisches Konzept wird Fluss durch das Oberflächenintegral eines Vektorfeldes, vertreten

:wo:

:*E ist ein Vektorfeld der Elektrischen Kraft,

:*dA ist das Vektor-Gebiet der Oberfläche S, geleitet als die Oberfläche normal,

:* ist der resultierende Fluss.

Die Oberfläche muss orientable sein, d. h. zwei Seiten können bemerkenswert sein: Die Oberfläche faltet sich zurück auf sich nicht. Außerdem muss die Oberfläche wirklich orientiert werden, d. h. wir verwenden eine Tagung betreffs des Fließens, welcher Weg positiv aufgezählt wird; das Fließen wird dann rückwärts negativ aufgezählt.

Die normale Oberfläche wird entsprechend gewöhnlich durch die rechte Regel geleitet.

Umgekehrt kann man den Fluss als die grundsätzlichere Menge betrachten und das Vektorfeld die Flussdichte nennen.

Häufig wird ein Vektorfeld durch Kurven (Feldlinien) im Anschluss an den "Fluss" gezogen; der Umfang des Vektorfeldes ist dann die Liniendichte, und der Fluss durch eine Oberfläche ist die Zahl von Linien. Linien entstehen aus Gebieten der positiven Abschweifung (Quellen) und Ende an Gebieten der negativen Abschweifung (Becken).

Siehe auch das Image am Recht: Die Zahl von roten Pfeilen, die ein Einheitsgebiet durchführen, ist die Flussdichte, die Kurve, die die roten Pfeile umgibt, zeigt die Grenze der Oberfläche an, und die Orientierung der Pfeile in Bezug auf die Oberfläche zeigt das Zeichen des Skalarprodukts des Vektorfeldes mit der Oberfläche normals an.

Wenn die Oberfläche ein 3D-Gebiet einschließt, gewöhnlich wird die Oberfläche solch orientiert, dass der Zulauf positiv aufgezählt wird; das Gegenteil ist der outflux.

Der Abschweifungslehrsatz stellt fest, dass das Netz outflux durch eine geschlossene Oberfläche, mit anderen Worten das Netz outflux von einem 3D-Gebiet, durch das Hinzufügen des lokalen Nettoausflusses von jedem Punkt im Gebiet gefunden wird (der durch die Abschweifung ausgedrückt wird).

Wenn die Oberfläche nicht geschlossen wird, hat sie eine orientierte Kurve als Grenze. Der Lehrsatz von Stokes stellt fest, dass der Fluss der Locke eines Vektorfeldes die Linie ist, die des Vektorfeldes über diese Grenze integriert ist. Dieser integrierte Pfad wird auch Umlauf besonders in der flüssigen Dynamik genannt. So ist die Locke die Umlauf-Dichte.

Wir können den Fluss und diese Lehrsätze zu vielen Disziplinen anwenden, in denen wir Ströme, Kräfte, usw., angewandt durch Gebiete sehen.

Die Gleichungen von Maxwell

Der Fluss von elektrischen und magnetischen Feldlinien wird oft in der Elektrostatik besprochen. Das ist, weil die Gleichungen von Maxwell in der integrierten Form Integrale wie obengenannter für elektrische und magnetische Felder einschließen.

Zum Beispiel stellt das Gesetz von Gauss fest, dass der Fluss des elektrischen Feldes aus einer geschlossenen Oberfläche zur elektrischen in der Oberfläche eingeschlossenen Anklage proportional ist (unabhängig davon, wie diese Anklage verteilt wird). Die Konstante der Proportionalität ist das Gegenstück des permittivity des freien Raums.

Seine integrierte Form ist:

:wo:

:* ist das elektrische Feld,

:* ist das Gebiet eines Differenzialquadrats auf der Oberfläche mit einem äußeren liegenden normalen Oberflächendefinieren seiner Richtung,

:* ist die Anklage, die durch die Oberfläche, eingeschlossen ist

:* ist der permittivity des freien Raums

:* ist das Integral über die Oberfläche A.

Entweder oder wird den elektrischen Fluss genannt.

Wenn man den Fluss des elektrischen Feldvektoren, E, für eine Tube in der Nähe von einer Punkt-Anklage im Feld die Anklage, aber nicht denkt, es mit Seiten gebildet durch die Linientangente zum Feld enthaltend, ist der Fluss für die Seiten Null, und es gibt einen gleichen und entgegengesetzten Fluss an beiden Enden der Tube. Das ist eine Folge des auf ein umgekehrtes Quadratfeld angewandten Gesetzes von Gauss. Der Fluss für jede Quer-Schnittoberfläche der Tube wird dasselbe sein. Der Gesamtfluss für jede Oberfläche, die eine Anklage q umgibt, ist q/ε.

Im freien Raum der elektrische Versetzungsvektor D = ε E so für jede begrenzende Oberfläche der Fluss von D = q, die Anklage innerhalb seiner. Hier zeigt der Ausdruck "Fluss" eine mathematische Operation an und, wie gesehen werden kann, ist das Ergebnis nicht notwendigerweise ein "Fluss".

Das Gesetz von Faraday der Induktion in der integrierten Form ist:

:wo:

:* ist ein unendlich kleines Element (Differenzial) der geschlossenen Kurve C (d. h. ein Vektor mit dem Umfang, der der Länge des unendlich kleinen Linienelements und Richtung gleich ist, die durch die Tangente der Kurve C mit dem Zeichen gegeben ist, das durch die Integrationsrichtung bestimmt ist).

Das magnetische Feld wird dadurch angezeigt. Sein Fluss wird den magnetischen Fluss genannt. Die Zeitrate der Änderung des magnetischen Flusses durch eine Schleife der Leitung ist minus die elektromotorische in dieser Leitung geschaffene Kraft. Die Richtung ist solch, dass, wenn Strom erlaubt wird, die Leitung durchzuführen, die elektromotorische Kraft einen Strom verursachen wird, der der Änderung im magnetischen Feld "entgegensetzt", das allein ein magnetisches Feld gegenüber der Änderung erzeugt. Das ist die Basis für Induktoren und viele elektrische Generatoren.

Vektor von Poynting

Der Fluss des Vektoren von Poynting durch eine Oberfläche ist die elektromagnetische Macht oder Energie pro Einheitszeit, diese Oberfläche durchführend. Das wird in der Analyse der elektromagnetischen Radiation allgemein verwendet, aber hat Anwendung auf andere elektromagnetische Systeme ebenso.

Biologie

Im Allgemeinen bezieht sich der Fluss in der Biologie auf die Bewegung einer Substanz zwischen Abteilungen. Es gibt mehrere Fälle, wo das Konzept des Flusses wichtig ist.

• Die Bewegung von Molekülen über eine Membran: In diesem Fall wird Fluss durch die Diffusionsgeschwindigkeit oder den Transport einer Substanz über eine durchlässige Membran definiert. Außer im Fall vom aktiven Transport ist Nettofluss zum Konzentrationsunterschied über die Membran, die Fläche der Membran und die unveränderliche Membranendurchdringbarkeit direkt proportional.
• In der Ökologie wird Fluss häufig am Ökosystem-Niveau - zum Beispiel betrachtet, der genaue Entschluss von Kohlenstoff-Flüssen mit Techniken wie Wirbel-Kovarianz (an einem regionalen und globalen Niveau) ist notwendig, für die Ursachen und Folgen der Erderwärmung zu modellieren.
• Metabolischer Fluss bezieht sich auf die Rate des Flusses von metabolites entlang einem metabolischen Pfad, oder sogar durch ein einzelnes Enzym. Eine Berechnung kann auch aus Kohlenstoff (oder andere Elemente, z.B Stickstoff) Fluss gemacht werden. Es ist von mehreren Faktoren abhängig, einschließlich: Enzym-Konzentration; die Konzentration des Vorgängers, Produktes und Zwischengliedes metabolites; Postübersetzungsmodifizierung von Enzymen; und die Anwesenheit metabolischer Aktivatoren oder repressors. Metabolische Kontrollanalyse und Fluss-Gleichgewicht-Analyse stellen Fachwerk zur Verfügung, um metabolische Flüsse und ihre Einschränkungen zu verstehen.

Siehe auch

• AB Umfang
• Explosiv gepumpter Fluss-Kompressionsgenerator
• Wirbel-Kovarianz-Fluss (auch bekannt als, Wirbel-Korrelation, Wirbel-Fluss)
• Schnelle Fluss-Testmöglichkeit
• Fluence (Fluss für Partikel-Balken)
• Flüssige Dynamik
• Fluss-Fußabdruck
• Fluss, der befestigt
• Fluss quantization
• Das Gesetz von Gauss
• Umgekehrt-Quadratgesetz
• Einheit von Jansky, eine andere Weise, Flussdichte zu vertreten
• Latenter Hitzefluss
• Leuchtfluss
• Magnetischer Fluss
• Magnetisches Fluss-Quant
• Neutronfluss
• Fluss von Poynting
• Lehrsatz von Poynting
• Leuchtender Fluss
• Schnelles einzelnes Fluss-Quant
• Gesunder Energiestrom
• Volumetrischer Durchfluss

Zeichen

Weiterführende Literatur