전기선속 (electric flux) 이해하기

  이번에 소개 할 개념은 전기장 (electric field)를 배울 때 같이 알아두면 좋은 전기선속 (electric flux)의 개념입니다. 전기장은 electric flux로 표현이 될 수 있습니다. flux의 개념은 전자기학 이외에 유체역학 등에서도 등장하는 개념입니다. 우선 flux는 '단위 시간당 표면을 수직으로 통과해 흘러나가는 어떠한 양'으로 정의 됩니다. 만약 어떠한 관에 흐르는 물의 흐름을 flux를 이용해 아래 Fig 1에 나타나 있다고 가정 한다면, Fig 1의 왼쪽 그림에서 물의 수압이 오른쪽 그림보다 약해서 왼쪽 그림에서 물의 흐름이 상대적으로 적은 상황이라고 볼 수 있습니다. 또 다른 가정으로 만약 질소 기체가 관에서 확산되고 있는 모습을 flux를 이용해 Fig 1에 나타나 있다고 가정한다면 왼쪽 그림에서 질소기체의 흐름이 오른쪽 그림보다 더 적은 상황이라고 볼 수 있습니다.

 

Fig 1. 파란색 표면을 수직으로 통과하는 flux

 

  전기장도 flux를 사용하여 표현이 가능합니다. 그러나 주의 할 점은 전기장을 flux로 나타냈다고 해서 실제로 어떤 물질이 흘러가는 것은 아닙니다. 전기장은 어떠한 물질의 이동(흐름)을 나타내는 것이 아니기 때문입니다. 그럼에도 불구하고 좀 더 직관적인 이해를 위해 전기장을 flux를 사용하여 표현합니다. 만약 관속에 형성된 전기장의 모습이 Fig 1에 나타나 있다고 가정하면 왼쪽 그림의 면적당 flux 수 가 오른쪽 그림보다 적기 때문에 전기장의 세기가 상대적으로 작은 상황이라고 볼 수 있습니다.

Fig 2. 점전하로 인해 형성된 전기장

  Fig 2는 점전하로 인해 형성된 전기장을 나타낸 그림입니다. Fig 2의 면적 A 부분을 통과하는 flux의 수는 면적 B 부분을 통과하는 flux의 수보다 많습니다. 엄밀히 말하자면 flux의 정의에 의해 면적을 통과하는 수직성분만 flux라고 말해야합니다. 엄밀하게 따지더라도 면적 A를 비스듬하게 지나가는 전기장 성분을 벡터 분해하듯이 면적 A의 수평, 수직성분으로 나눌 수 있기 때문에 면적 A를 통과하는 flux의 수는 면적 B를 통과하는 flux의 수보다 많습니다. 따라서 점전하와 가까운 A 부분이 B 부분보다 더 강한 전기장의 세기를 갖게 됩니다.

 

끝.