Elektrostaatika

Elektrostaatika on füüsika haru, mis uurib inertsiaalse taustsüsteemi suhtes paigalseisvate elektriliselt laetud osakeste ja kehade elektrilise vastastikmõju ja tasakaalu tingimusi.

Elektrostaatika põhiülesanne on elektrivälja kuju leidmine laengute, juhtide, dielektrikute ja muude laetud kehade etteantud paigutuse järgi. Elektrivälja kuju järgi on võimalik arvutada ka laengutele mõjuvaid jõude. Elektrivälja kuju arvutamise üks põhivõrrandeid on Poissoni võrrand.

Elektrostaatika nähtused põhinevad jõududelt, mida elektrilaengud vastastikku avaldavad. Neid jõude kirjeldab Coulomb'i seadus (1785), millele 19. sajandi esimesel poolel lisandus vajalik matemaatiline teooria. 

 Ajaloost 
Juba iidsetel aegadel oli teada, et mõned materjalid, nagu näiteks merevaik, tõmbavad pärast riide või karusnahaga hõõrumist ligi väikseid kergeid osakesi (vt Staatiline elekter). William Gilbert jätkas Petrus Peregrinuse 13. sajandist pärit tööd ja leidis, et samasuguse efekti võib saavutada ka muid materjale hõõrudes, ning töötas välja varajase elektroskoobi mudeli. Oma 1600. aastal ilmunud raamatus "De Magnete, Magnetisque Corporibus, et de Magno Magnete Tellure" ('magnetist, magnetilistest kehadest ja suurest magnetist Maa') võttis ta kasutusele merevaiguga seotud nähtuste kohta uusladinakeelse termini electrica, (merevaik on ladina keeles electron).

 Ülevaade 
Jõud, mida laeng Q objektile avaldab, on võrdeline objekti laenguga q. Seega saab seda kirjeldada valemiga , kus E on laenguga Q kaasneva elektrivälja tugevus.

Väline staatiline elektriväli mõjub elektrijuhtidele ja dielektrikutele erinevalt. Vabad elektrilaengud juhtides, näiteks elektronid metallides, paiknevad makroskoopiliselt ümber nii, et elektriväli kaob kogu juhi sisemuses (vt Faraday puur). See nähtus põhineb elektrostaatilisel induktsioonil. Isoleerainetes reageerivad seotud laengud, s.t aatomite elektronid ja aatomituumad, väljale lokaalselt (mikroskoopiliselt) vastastikuse nihkega, mille käigus aine polariseerub.

Jõud F, mida elektrostaatiline väli tugevusega E avaldab proovilaengule (idealiseeritud elektriliselt laetud punktikujulisele proovikehale) q, on konservatiivne jõud. See tähendab, et proovilaengu potentsiaalne energia W elektrostaatilises väljas sõltub ainult proovilaengu asendi muutusest, mitte aga teekonnast, mida mööda proovilaeng viidi ühest punktist teise. See tähendab ka seda, et elektrostaatilist välja saab esitada elektrilise potentsiaali  gradiendina. Proovilaengu potentsiaalne energia on seega . Kahe elektripotentsiaali erinevust väljendav füüsikaline suurus on elektripinge. Elektrivälja kadumine  on samaväärne ruumiliselt konstantse elektripotentsiaaliga  = const.

 Staatiliste laengute esinemine, tekitamine, rakendused 
Esinemine looduses ja igapäevaelus:
 äikesepilved
 Maa elektrostaatiline väli
 hõõrdeelekter
Kõrgepinge tekitamine staatiliste laengute ülekandmise teel (teaduses, õppetöös):
 elektrostaatiline masin
 Van de Graaffi generaator
Rakendusi:
 elektrostaatiline filter
 elektrostaatiline aerosoolvärvimine
elektrostaatiline pulbervärvimine
 kserograafia

 Vaata ka 
 Elektromagnetism
 Staatiline elekter
 Elektrostaatiline väli
 Magnetostaatika