Elektrostatiken

Elektrostatiken är den gren av fysiken som studerar elektriska laddningar i vila samt de statiska elektriska fälten, krafter och potentialer som de genererar. Den undersöker hur laddningar inverkar på varandra, hur fält uppstår i rummet och hur energi lagras i elektrostatisk konfigurationer.

Coulombs lag är central: kraften mellan två punktladdningar är proportionell mot produkten av laddningarna och invers kvadratiskt avståndet mellan dem. Elektriska fältet definieras som kraft per enhet laddning, och elektrisk potential beskriver arbetet som krävs för att flytta en testladdning inom fältet. Gauss lag relaterar fältets flöde genom en sluten yta till den inkapslade laddningen.

I materia uppträder laddningar på ledare och isolatorer. Ledare tillåter fri rörlighet av laddningar, vilket leder till ytladdningar i statisk jämvikt, medan isolatorer håller laddningar lokaliserade. Dielektriska material polarisera vid externa fält och minskar fältet inuti dem. Statisk elektricitet omfattar även friktionsladdning (triboelectrisk effekt).

Användningar inkluderar kondensatorer som lagrar energi i elektrostatisk fält; elektrostatisk avskärmning och jordning; elektrostatisk målning och beläggning; xerografi (kopiering); elektrostatiska avskiljare i luftvård; och precisionsskrivning och spruttekniker som utnyttjar kontrollerad laddning.

Historiskt utvecklades elektrostatiken ur Coulombs experiment under 1700-talet, vilket lade grunden till invers-kvadrat-lagen, och senare integrerades den i Maxwells teorier. Området utgör en grund för förståelsen av mer allmän elektrodynamik där laddningar rör sig och fält ändras i tid.