靜電學

title: 静电现象.
content: 在公元前六世纪,人类就发现琥珀摩擦后,能够吸引轻小物体的「静电现象」。这是自由电荷在物体之间转移后,所呈现的电性。此外丝绸或毛料摩擦时,产生的小火花,是电荷中和的效果。「雷电」则是大自然中,因为云层累积的正负电荷剧烈中和,所产生的电光、雷声、热量。  静电现象包括许多大自然例子,像塑料袋与手之间的吸引、似乎是自发性的谷仓爆炸、在制造过程中电子元件的损毁、影印机的运作原理等等。当一个物体的表面接触到其它表面时,电荷集结于这物体表面成为静电。虽然电荷交换是因为两个表面的接触和分开而产生的,只有当其中一个表面的电阻很高时,电流变的很小,电荷交换的效应才会被注意到。因为,电荷会被入陷于那表面,在那里度过很长一段时间,足够让这效应被观察到的一段时间。  静电现象是由点电荷彼此相互作用的静电力产生的。库仑定律专门描述静电力的物理性质。在氢原子内,电子与质子彼此相互作用的静电力超大于万有引力,静电力的数量级大约是万有引力的数量级的 40 倍。
title: 库仑定律.
content: 静电学最基本的定律是库仑定律。一个点电荷 formula_1 作用于另一个点电荷 formula_2 的静电力 formula_3,可以用库仑定律计算出来。点电荷是理想化的带电粒子。在这里,称点电荷 formula_1 为源点电荷,称点电荷 formula_2 为检验电荷。静电力的大小跟两个点电荷之间的距离的平方成反比,跟 formula_1 、formula_2 的乘积成正比,作用力的方向沿连线,同号电荷相斥,异号电荷相吸:  其中,formula_9 CNm是电常数,formula_10 是从源点电荷 formula_1 指向检验电荷 formula_2 的向量,formula_13 是其单位向量。
title: 电场.
content: 电场 formula_14 定义为作用于一个检验电荷 formula_2 的静电力 formula_3 除以 formula_2 :  从这个定义和库仑定律,一个源点电荷 formula_1 产生的电场可以表达为
title: 高斯定律.
content: 高斯定律阐明,流出一个闭表面的电通量与这闭曲面内含的总电荷量成正比。比例常数是电常数的倒数。用积分方程序形式表达,  其中,formula_22 是无穷小面积元素,formula_23 是电荷密度,formula_24 是无穷小体积元素。  用微分方程序形式表达,
title: 帕松方程序.
content: 综合电位的定义和高斯定律的微分方程序,可以给出电位 formula_26 和电荷密度 formula_23 之间的关系方程序,称为帕松方程序:  给予点电荷的分布资料和充分的边界条件,应用帕松方程序,可以计算在空间里任何位置的电位 formula_26 。根据唯一定理,这也是唯一的解答。
title: 拉普拉斯方程序.
content: 假若电荷密度是零,则帕松方程序变为拉普拉斯方程序:  给予充分的边界条件,应用拉普拉斯方程序,可以计算在真空里任何位置的电位 formula_26 。根据唯一定理,这也是唯一的解答。
title: 叠加原理.
content: 在静电学里,叠加原理阐明,任何两个点电荷的相互作用与其它点电荷无关。因此,给予 formula_32 个点电荷,可以应用库仑定律,单独地计算每一个源点电荷 formula_33 作用于检验电荷 formula_2 的静电力 formula_35 。这样,作用于检验电荷 formula_2 的总静电力 formula_3 是  这是因为在库仑定律里,静电力跟源点电荷 formula_33 有线性关系。  将作用力除以检验电荷 formula_2,可以得到电场。所以,总电场 formula_14 为  其中,formula_43 是源点电荷在检验电荷的位置所产生的电场。  类似地,电位也遵守叠加原理:  其中,formula_45 是源点电荷在检验电荷的位置所产生的电位。
title: 接触起电.
content: 假若两种不同的物质因互相接触而产生静电,则称此为接触起电 (英语:contact electrification).摩擦起电效应 (英语:triboelectric effect) 是一种接触起电效应。在摩擦起电里,两种不同的物质,经过接触、摩擦、分开,这三道程序后,会从原本中性,变为带电体;其中一种物质会带有正电,另外一种物质会带有同样大小的负电。电荷的正负极性和电量,依照材质、表面粗糙、温度、应变等等,各种性质或参数而变化。举例而言,将羊毛摩擦于琥珀,会使琥珀获得负电荷。这性质,最先由米利都学派的创始人泰勒斯纪录于历史文书,是有纪录以来,人类最早研究的起电现象。其它诸如丝绸与玻璃的摩擦、硬橡胶与毛料的摩擦,都会产生静电。  摩擦两种不导电物体会生成大量的静电。但是,不只是摩擦才会造成这样的结果。两种不导电物体,经过接触、分开,两道程序后,也会产生静电。由于大多数的表面都相当粗糙,经过接触比经过摩擦需要更多的时间来完成充电。摩擦增加了两块表面的附着接触。一般而言,绝缘体,不导电的物体,是起电(产生静电)和保留电荷的优良材料。例如,橡胶、塑胶、玻璃等等,都是很优良的起电材料。导电物体也会生成静电。由于导电物体很容易流失电荷,必须在外面特别包上一层绝缘体,才能保留住电荷。特别注意到电流的存在并不会阻止起电、静电力、火花、电晕放电 (英语:corona discharge) 等等静电现象的发生。
title: 电荷中和.
content: 自然的电荷中和现象最常发生于低湿度的季节。这现象偶而会造成一些困扰。但是,在某些特别状况,会变得具有相当的破坏性和摧毁性(例如,电子制造业)。假若因为工作原由,必须直接接触到积体电路电子元件(特别是易损坏的金属氧化物半导体场效晶体管 (MOSFET)),或处于易燃气体附近,应该非常小心地避免累积静电和突然放电。电子元件工厂常使用防静电装置来保护电子元件。
title: 电荷感应.
content: 一个物体内部的电荷,因为受到物体以外的电荷的影响,而重新分布,称此现象为电荷感应。将一个带负电荷的物体 A 移至另一个物体 B 附近时,物体 B 内部离物体 A 较近的区域会带有较多的正电荷。由于正电荷与负电荷相吸引,两个物体会感受到吸引力的作用。例如,用一块羊毛布摩擦一个塑胶气球,这会使气球得到负电荷。将这气球拿到一座墙壁附近。那么,气球会被墙壁吸引而黏在墙壁上。这是因为静电感应,墙壁的自由电子会被气球的负电荷排斥,剩下正电荷。由于塑胶气球的负电荷不容易移动,不会与墙壁的正电荷中和。请参阅数据模拟网页气球与静电。  静电感应的原理已经成功地应用于工业界很多年了,对于众多工业有极大的贡献。发展成功的静电油漆系统可以经济地将瓷漆 (英语:enamel paint) 和聚氨酯漆,均匀地油漆于消费品表面,包括汽车、脚踏车等等其它产品。

Summary: 静电学是研究「静止电荷」的特性及规律的一门学科,电学的领域之一。静电即电荷在静止时的状态,没有电荷流动。而静止电荷所建立的电场称为静电场,是指不随时间变化的电场,该静电场对于场中的电荷有作用力。

Electrostatics: Electrostatics is a branch of physics that studies electric charges at rest. Since classical physics, it has been known that some materials, such as amber, attract lightweight particles after rubbing. The Greek word for amber,, or "", was thus the source of the word 'electricity'. Electrostatic phenomena arise from the forces that electric charges exert on each other. Such forces are described by Coulomb's law. Even though electrostatically induced forces seem to be rather weak, some electrostatic forces such as the one between an electron and a proton, that together make up a hydrogen atom, is about 36 orders of magnitude stronger than the gravitational force acting between them.