Поток энергии

Пото́к эне́ргии — количество энергии, переносимое за единицу времени через рассматриваемую поверхность. В СИ измеряется в ваттах. Стандартного обозначения данной величины не существует, могут использоваться буквы ${\displaystyle \Phi }$, ${\displaystyle \Pi }$ и другие.

Поток энергии
${\displaystyle \Phi ={\frac {dW}{dt}}}$
Размерность	L2MT−3
Единицы измерения
СИ	Вт
СГС	эрг·с−1

Поток находится как сумма (интеграл) элементарных, то есть через бесконечно малые участки поверхности, потоков:

${\displaystyle \Phi =\sum \Delta \Phi _{i}=\int d\Phi }$

Каждый из таких элементарных вкладов равен произведению прошедшей за единицу времени через малый участок энергии на единичный вектор ${\displaystyle {\vec {e}}_{W}}$ в направлении переноса энергии и на единичный вектор нормали к площадке ${\displaystyle {\vec {n}}}$ (при этом ${\displaystyle {\vec {n}}=d{\vec {S}}/dS}$, где ${\displaystyle d{\vec {S}}}$ — векторный элемент площадки):

${\displaystyle d\Phi ={\frac {d^{2}W}{dt}}\,{\vec {e}}_{W}\cdot {\vec {n}}={\frac {d^{2}W}{dt\,dS}}\,{\vec {e}}_{W}\cdot d{\vec {S}}}$.

Если речь идёт об энергии, переносимой оптическим излучением, то вместо термина «поток энергии» используют эквивалентный для такого случая термин «поток излучения»[1][2].

Если речь идёт о переносе тепла, используется термин «тепловой поток» — количество теплоты, проходящее через изотермическую поверхность в единицу времени.

Говоря о потоке энергии, иногда имеют в виду другую величину, а именно плотность потока энергии, измеряемую в Вт/м², причём эту плотность потока рассматривают как вектор, направленный по направлению переноса энергии в данной точке. Например, для теплового потока его плотность направлена противоположно градиенту температуры, а по величине равна потоку тепла через изотермическую поверхность единичной площади. Иные названия этой же величины: удельный тепловой поток, тепловая нагрузка[3].

Строго, вектор плотности потока энергии ${\displaystyle {\vec {J}}}$ и поток энергии ${\displaystyle \Phi }$ связаны соотношением

${\displaystyle \Phi =\int {\vec {J}}\cdot d{\vec {S}}}$,

где вид выражения для ${\displaystyle {\vec {J}}}$ следует из представленной выше формулы для ${\displaystyle d\Phi }$. Аналогичным образом связываются плотность потока и поток любой физической величины, не только энергии.