Elektrostatyka

Elektrostatyka jest działem fizyki zajmującym się ładunkami elektrycznymi pozostającymi w stanie spoczynku oraz wytwarzanymi przez nie polami elektrycznymi. Podstawy stanowią prawo Coulomba, opisujące siłę między ładunkami punktowymi, oraz zasada superpozycji pól, która umożliwia obliczanie pola w układach z wieloma ładunkami. Wektor pola elektrycznego E wiąże się z potencjałem V przez E = -∇V, a przy pojedynczym ładunku q potencjał przy danym odległości r ma postać V(r) = k q / r, gdzie k = 1/(4π ε0).

Pole elektryczne wywołuje rozkłady ładunków w przewodnikach i dielektrykach. W stanie stacjonarnym ładunki na przewodnikach dążą do równomiernego rozmieszczenia na powierzchni, natomiast w dielektrykach zachodzi polaryzacja. Prawo Gaussa, ∮ E · dA = Q_enc / ε0, wraz z pojęciami pojemności C = Q/V i energii pola W = 1/2 C V^2, opisuje podstawowe zależności energii i rozkładu ładunków. W dielektrykach wprowadza się relacje D = ε E i ε = εr ε0, a graniczne warunki pola opisują zachowanie E i D na granicach materiałów.

Zastosowania elektrostatyki obejmują malowanie elektrostatyczne, drukarki i kserokopiarki laserowe, elektrostatyczne oczyszczanie powietrza (filtry elektrostatyczne) oraz ochronę przed wyładowaniami elektrostatycznymi (ESD). Historia tej dziedziny wiąże się z sformułowaniem prawa Coulomba w XVIII wieku; jednostka ładunku to kulon. Elektrostatyka stanowi fundament elektromagnetyzmu i stanowi wstęp do opisu pól w ruchu i magnetyzmu.