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Allgemeines vektorielles Flächenintegral (Fluss) Calculator

Diese Formel berechnet den Fluss eines Vektorfeldes durch eine parametrisierte Fläche S, indem das Skalarprodukt des Vektorfeldes mit dem Normalenvektor der Fläche integriert wird.

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Formula first

Overview

Das Flächenintegral berechnet das Netto-Volumen oder die Masse pro Zeiteinheit, die durch eine Fläche hindurchtritt. Durch die Parametrisierung der Fläche mit den Variablen u und v wird das differentielle Flächenelement in das Kreuzprodukt der partiellen Ableitungen transformiert, das sowohl die Orientierung der Fläche als auch die lokale Streckung berücksichtigt.

Symbols

Variables

F = Vector Field, S = Surface

Vector Field
Variable
Surface
Variable

Apply it well

When To Use

When to use: Verwende dies, wenn du den Fluss eines Vektorfeldes wie eines Geschwindigkeits- oder elektrischen Feldes durch eine durch parametrisierte Gleichungen definierte Fläche berechnen musst.

Why it matters: Es ist wesentlich für physikalische Phänomene wie die Berechnung des Massenstroms einer Flüssigkeit durch eine Membran oder des Flusses eines elektrischen Feldes durch eine Oberfläche in der Elektromagnetik, also das Gaußsche Gesetz.

Avoid these traps

Common Mistakes

  • Nicht zu prüfen, ob die Orientierung des Normalenvektors zur Flächennormalen passt.
  • Den Betrag und die Richtung des Kreuzprodukts der partiellen Ableitungen nicht korrekt zu berechnen.

One free problem

Practice Problem

Berechne den Fluss des Vektorfeldes F = <0, 0, z> durch die obere Halbkugel der Einheitskugel S (z >= 0), parametrisiert in Kugelkoordinaten mit phi in [0, pi/2] und theta in [0, 2pi].

Hint: Der Normalenvektor einer Kugel mit Radius R ist R*sin(phi)*<sin(phi)cos(theta), sin(phi)sin(theta), cos(phi)>.

The full worked solution stays in the interactive walkthrough.

References

Sources

  1. Stewart, J. (2015). Calculus: Early Transcendentals.
  2. Marsden, J. E., & Tromba, A. (2011). Vector Calculus.
  3. Stewart, J. (2015). Calculus: Early Transcendentals, 8th Edition. Cengage Learning.