elektrostatisches

Elektrostatik ist der Teil der Physik, der sich mit ruhenden elektrischen Ladungen, ihren Feldern und den auf sie wirkenden Kräften beschäftigt. Sie behandelt Grundlagen der Coulomb-Kräfte, Felder, Potentiale und die Wechselwirkung von Ladungen in Materie, sofern diese Ladungen nicht oder nur langsam beweglich sind.

Zentrale Größen sind die elektrische Ladung q, das elektrische Feld E und die Spannung V. Das Coulombsche Gesetz beschreibt die Kraft F zwischen zwei Punktladungen q1 und q2 durch F = k q1 q2 / r^2, wobei k 1/(4π ε0) ist. Das Feld E wirkt auf eine Testladung q mit F = qE. Die Gausssche Gesetz lautet ∮ E·dA = Q_enclosed/ε0. Die Kapazität eines Systems (zum Beispiel eines Plattenkondensators) ist C = εA/d, und die gespeicherte Energie ist W = 1/2 C V^2.

Elektrische Materialien unterscheiden Leiter, Isolatoren und Dielektrika. In idealen Leitern herrscht im Gleichgewicht ein Nullfeld im Inneren, Felder werden durch Abschirmung reduziert (Faradayscher Käfig).

Anwendungen finden sich in der Lackierung (elektrostatisches Spritzen), in Kopier- und Druckprozessen (Tonerladung), in der Luftreinigung und in der Halbleiterfertigung.

Historisch war der französische Physiker Charles-Augustin de Coulomb im 18. Jahrhundert maßgeblich; sein Coulombsches Gesetz legte die Grundlage. Die Weiterentwicklung der Elektrodynamik wurde durch James Clerk Maxwell vorangetrieben, wodurch elektrostatische Phänomene in ein umfassendes Feldtheorie-Gebilde eingebettet wurden.