שטף

מתוך המכלול, האנציקלופדיה היהודית
(הופנה מהדף שטף מגנטי)
קפיצה לניווט קפיצה לחיפוש

שטף בפיזיקה הוא כמות החומר, האנרגיה, החלקיקים או גודל אחר, הפוגעים בשטח מסוים (או עוברים דרכו) ליחידת זמן.

שטף של שדה וקטורי

איור הממחיש את מושג השטף. כאן הטבעת השחורה מסמלת את שפת המשטח ואילו החצים האדומים מסמנים את השדה הווקטורי

באופן אינטואיטיוי, השטף של שדה וקטורי הוא "כמות" השדה הווקטורי העוברת דרך משטח מסוים ליחידת זמן. שטף כזה נהוג להגדיר עבור שדה חשמלי ושדה מגנטי וכן עבור שדות כוח נוספים.

אם קיים שדה וקטורי קבוע ונדרש לדעת כמה שדה וקטורי עובר דרך משטח מרובע (מסגרת ריבועית מלאה) בעל שטח , אזי השטף מוגדר להיות:

  • וקטור המשטח, שגודלו כשטח המשטח וכיוונו ניצב למשטח (וקטור נורמלי).
  • הזווית שבין וקטור השדה לוקטור המשטח.

כאשר וקטור השדה ווקטור המשטח מקבילים זה לזה, השטף הוא מכסימלי ומרב העוצמה בוקעת דרך המשטח. לעומת זאת, כאשר השדה הווקטורי מאונך לווקטור המשטח, השטף שווה לאפס ואז לא עוברת שום עוצמה דרך המסגרת.

מהגדרה זו מקבלים כי יחידות השטף הן היחידות של הווקטור כפול יחידות שטח.

כאשר עוסקים במשטח כלשהוא ושדה וקטורי שאיננו אחיד במרחב, מגדירים שטף דיפרנציאלי בכל אלמנט שטח של המשטח ואז מבצעים אינטגרציה על פני המשטח:

משפט חשוב מאד לגבי שטף הוא משפט גאוס (הקרוי גם "משפט הדיברגנץ") הקובע שאינטגרל של השטף על משטח סגור שווה לאינטגרל הנפחי על דיברגנץ השדה בתוך הנפח הכלוא על ידי המשטח. כלומר:

יחידת המידה הסטנדרטית למדידת שטף מגנטי היא ובר ומסומנת על ידי Wb.

שטף של קרינה

שטף הוא גם תרגום מקובל למונח Intensity, המתאר את ריבוע האמפליטודה של קרינה או גל, או את מספר החלקיקים המגיעים ליחידת שטח ליחידת זמן. יחידותיו לרוב הן אלה של צפיפות הספק משטחית.

עבור מקור הפולט קרינה/חלקיקים באופן איזוטרופי בקצב של אנרגיה/חלקיקים לשניה, כמות האנרגיה/מספר חלקיקים שיקלוט צופה נקודתי במרחק ממנו יהיה:

שכן מאחר שהקרינה איזוטרופית ומתקיים חוק שימור האנרגיה ומספר החלקיקים, הקרינה מתפזרת באופן שווה על כל שטח פני הכדור.

שטף של נוזל

בהידרוסטטיקה, השטף הוא הנפח שעובר נוזל בתנועתו ליחידת זמן, והוא שווה למכפלת מהירות הנוזל בשטח החתך של התווך שבו הוא זורם. ניתן לראות שזהו מקרה פרטי של המושג "שטף" שהוגדר בסעיף הראשון. כמו כן, מחוק שימור המסה בנוזל אי־דחיס אפשר להסיק את משוואת הרציפות:

או

הזרם (צפיפות משטחית של מסה ליחידת זמן) היוצא מנפח ואילו צפיפות הנוזל.

ראו גם