Sähkövaraukset

Sähkövaraukset ovat fysikaalisia ominaisuuksia, joiden mukaan aineen osilla voi olla positiivinen tai negatiivinen sähköinen varaus. Positiivinen varaus johtuu protonien varauksesta, negatiivinen elektronien varauksesta. Neutraalissa atomissa varaukset ovat tasapainossa, mutta elektronien siirtyminen tai ionisointi voi luoda varauksia. Sähkövaraus säilyy suljetussa järjestelmässä.

Varauksen yksikkö on coulombi (C). Pienin tunnistettava yksikkö on elektronin varaus, noin −1,602×10^−19 C. Protoneja vastaava varaus on +e. Kokonaisvaraus määrää varauksen merkin ja suuruuden, ja se säilyy sähköisesti eristyneessä järjestelmässä.

Coulombin laki kuvaa kahden varauksen välisen voiman: F = k q1 q2 / r^2, missä k = 1/(4π ε0) noin 8,987×10^9 N m^2/C^2. Tämä voima luo sähkökentän ja potentiaalin. Sähkövaraukset voivat olla staattisia tai liikkuvia; liikkuvat varaukset muodostavat sähkövirran, ja ne voivat synnyttää myös magneettisia ilmiöitä.

Sähkövaraukset esiintyvät eri materiaaleissa. Johteissa varaukset voivat liikkua vapaasti ja asettuvat usein pinnalle. Eristimet pitävät varaukset paikallisesti, jolloin niiden siirtäminen on vaikeampaa. Varauksia voidaan tuottaa tai siirtää esimerkiksi triboelektrisellä latauksella (kitka), kosketuksella (johtuminen) tai induktion kautta.

Sähkövarauksiin liittyy sähkökenttä, potentiaali ja kapasiteetti. Kapasiteetti kuvaa kykyä varastoida varauksia ja energiaa. Nämä ilmiöt ovat keskeisiä monissa teknisissä sovelluksissa, kuten kondensaattoreissa, maalauksessa, elektroniikassa sekä sähköisten laitteiden eristys- ja suojatoimissa. Turvallisuusnäkökohdat korostavat suuria jännitteitä aiheuttavien varauksien käsittelyä, sillä ne voivat aiheuttaa sähköiskuja.