elektrostatyki

Elektrostatyka to dział fizyki zajmujący się ładunkami elektrycznymi w stanie statycznym — gdy rozkład ładunków nie zmienia się w czasie lub zachowuje się bardzo powoli. Bada siły między ładunkami, pola elektryczne, potencjał elektryczny oraz zachowanie materiałów w polach elektrostatycznych.

Podstawowe pojęcia obejmują prawo Coulomba: siła F między dwoma punktowymi ładunkami q1 i q2 w próżni oddalonych o r wynosi F = k q1 q2 / r^2, gdzie k ≈ 8,987×10^9 N·m^2/C^2. Siłę można opisać także jako wektorowe pole E, które dla testowego ładunku q ma wartość F/q. Potencjał elektryczny V wiąże się z polem przez E = -∇V. Zasada superpozycji mówi, że pola od kilku ładunków sumują się. Prawo Gaussa stwierdza ∮ E·dA = Q_enc/ε0, gdzie ε0 to stała dielektryczności próżni; w ośrodkach dielektrycznych wprowadza się ε = εr ε0.

W stanie elektrostatycznym przewodnik ma wewnątrz pole równe zero; ładunki gromadzą się na jego powierzchni. Rozkład ładunków i pola zależy od geometrii i materiałów oraz od warunków na granicach. W praktyce wpływ granic i dielektryków kształtuje również zewnętrzny rozkład pola.

Zastosowania obejmują kondensatory (C = Q/V; energia U = 1/2 C V^2), gdzie dielektryki zwiększają pojemność przez współczynnik εr (ε = εr ε0). Elektrostatyka odgrywa także rolę w xerografii, druku elektrostatycznym, malowaniu elektrostatycznym, filtrach i separacji pyłów.

W praktyce stosuje się modele quasi-statyczne, gdy zmiany pól w czasie są wolne w porównaniu z prędkością propagacji fal. Pełny opis wymaga równań Maxwellowskich. Jednostki to kulombon (C) dla ładunku, volt (V) dla potencjału, V/m dla pola, farad (F) dla pojemności oraz joule (J) dla energii.