Elektrostatiek

Elektrostatiek is het deel van de fysica dat statische elektrische ladingen en hun interacties bestudeert. Het behandelt hoe lading zich verdeelt, welke krachten ze uitoefenen en welke velden ze creëren in vacuüm en in materialen. De theorie vormt de basis van veel elektrische verschijnselen in alledaagse en technologische contexten.

De krachten tussen puntladingen volgen Coulombs wet: F = k q1 q2 / r^2, waarbij k ongeveer 8,9875×10^9 N m^2/C^2 is. Het elektrische veld E wordt gedefinieerd als de kracht per eenheid lading: E = F/q. Voor een puntlading q geldt E(r) = k q / r^2 in de richting van de r-positie. De elektrische potentiaal V is gerelateerd aan arbeid per eenheid lading en wordt bijvoorbeeld uitgedrukt als V(r) = ∫ E · dl; de potentiële energie is U = qV. De velden en potentialen bepalen hoe ladingen zich verplaatsen en hoe materialen reageren.

Een centrale wet in elektrostatiek is Gauss zijn wet: ∮ E · dA = Q / ε0, met ε0 de permittiviteit van het vacuüm. In materialen wordt de veldsterkte verzwakt door polarisatie, en de algehele respons wordt beschreven met de relatieve permittiviteit εr; ε = ε0 εr. In geleiders bewegen vrije ladingen tot het veld in het binnenste gebied nul is, terwijl lading zich op oppervlakken verzamelt.

Capacitieve eigenschappen zijn fundamenteel: voor een eenvoudige parallellekamert condensator geldt C = ε A / d en Q = C V. Elektrostatiek vindt talrijke toepassingen, zoals in condensatoren, elektrostatische precipitators, inkjetprinters en xerografie.