sähköstaattinen

Sähköstaattinen on fysiikan osa-alue, joka tutkii sähkövarauksia ja niiden välisiä vuorovaikutuksia sekä sähkökenttien ominaisuuksia, kun varaukset ovat pysyviä tai muutokset ovat hyvin hitaita suhteessa valonnopeuteen. Keskeisiä käsitteitä ovat Coulombin laki, sähkökenttä, sähköpotentiaali ja sähkövarausenergia.

Coulombin lain mukaan kahden pistevarauksen välinen voima F on F = k q1 q2 / r^2, jossa k on 1/(4π ε0) -vakio ja ε0 on tyhjiön permittiviteetti. Sähkökenttä E määritellään voimaksi kohti varauksia: F = qE, eli E = F/q. Sähkökentän suuruus ja suunta määräytyvät useamman varauksen kokonaiskentän summana (superpositio).

Sähkökenttä liittyy sähköpotentiaaliin V, jonka gradientti antaa kentän E = -∇V. Sähkövaraukset voivat tallentua sähköpotentiaalienergian muodossa: U = qV. Gaussin laki kuvaa kentän käyttäytymistä tilassa: ∮ E·dA = Qenc/ε0 tai yleisemmin ∇·E = ρ/ε0.

Sähköstaattisten ilmiöiden yhteydessä sähkövaraukset asettuvat usein johtavien aineiden pinnalle; sisätiloihin E = 0 tasapainossa. Dielektriset aineet muuttavat järjestelmän kapasitanssia ja vaikuttavat kenttään, jolloin ε = εr ε0 ja C = εA/d kapasitanssi kasvaa.

Sähköstaattisten ilmiöiden sovelluksiin kuuluvat kondensaattorit, varauksen jakaantuminen ja sähkösuojaus. Mikäli varaukset muuttuvat nopeammin kuin valonnopeus, käytetään laajempia sähkömagnetismin peruslakeja.