elektrostaatika

Elektrostaatika is de tak binnen de natuurkunde die de elektrische ladingen in rust en de krachten en velden die zij produceren bestudeert. Het geeft inzicht in hoe ladingen elkaar aantrekken of afstoten, hoe materialen daarop reageren en hoe statische velden energie kunnen opslaan en overdragen. De leer richt zich op kernprincipes die in vele media gelden.

Coulomb’s wet beschrijft de kracht tussen twee puntladingen: F = k q1 q2 / r^2, waarbij k afhangt van het medium. Het elektrische veld E is de kracht per eenheid lading, F = qE, zodat een testlading F = qE ondervindt. Velden superponeren; de som van meerdere velden bepaalt de totale kracht. Gauss’ wet geeft verbanden tussen elektrische flux door een gesloten oppervlak en de ingesloten lading: ∮E·dA = Q_enc/ε0 in SI-eenheden.

Het mogelijk maken van werk en potentiaal wordt vastgelegd in elektrische potentiaal V, met E = -∇V en potentiële energie U = qV. Capacitantie C = Q/V karakteriseert het vermogen van een systeem om lading op te slaan; de opgeslagen energie is U = 1/2 CV^2. Bij dielectricae media is de permittiviteit ε = ε0 εr, waardoor velden worden verzwakt en capciteit toeneemt.

Toepassingen omvatten onder meer elektrostatische precipitatoren voor luchtzuivering, xerografie en andere kopieer- en printersystemen die gebruikmaken van gechargeerde toners, en diverse coatingprocessen. Statistische verschijnselen zoals elektrostatische ontlading spelen ook een rol in elektronica en veiligheid.

Historisch ontstond elektrostaatika uit experimenten in de 18e en 19e eeuw, leidend tot de wet van Coulomb, Gauss’ wet en, later, Maxwell’s theorie die elektrostatica met magnetisme verenigt.