Прежде, чем говорить о потоке через произвольную поверхность введём понятие «элементарного потока». Разобьём всю поверхность S на малые элементы и каждому сопоставим вектор (см. рис. 2.1). Длина такого вектора равна площади элемента поверхности , а направлен он по нормали к нему (понятно, что следует договориться также о направлении «положительной» и «отрицательной» нормалей).
(Опр.) «Элементарным потоком» dФ вектора через элемент поверхности называется величина:
dФ = EndS, (2.1)
где En – проекция вектора на нормаль к элементу поверхности .
Ясно, что элементарный поток – это попросту скалярное произведение векторов и . Поэтому можно пользоваться также и другими математическими формами записи этой величины: .
Теперь легко дать определение полного потока (или просто «потока») для векторного поля через произвольную поверхность – по сути это просто сумма элементарных потоков через все отдельные элементы этой поверхности (см. рис. 2.2). Поскольку элементы поверхности предполагаются бесконечно малых размеров, то и суммировать придётся бесконечно много слагаемых. Математическая «цена» такого предельного перехода – интегрирование по поверхности :
(2.2)
v Сделаем два замечания о понятии «поток вектора напряженности»
1.Если соблюдено условие – «густота силовых линий пропорциональна величине напряжённости поля», то справедливо и следующее важное утверждение: «поток вектора напряженности через данную поверхность пропорционален числу силовых линий проходящих сквозь неё». Этим мы воспользуемся впоследствии при доказательстве теоремы Гаусса.
Только придётся сделать ещё одну важную оговорку: поскольку поток «величина алгебраическая», т.е. может иметь разный знак в зависимости от направления, в котором силовые линии пересекают поверхность (знака скалярного произведения EndS или соответствующей суммы), договоримся и «число линий» считать с учётом этого направления. Так, например, для замкнутых поверхностей линия «выходящая» изнутри наружу даёт вклад «+1», а «входящая» снаружи вовнутрь – «-1» в общее «число силовых линий, пересекающих поверхность»!