الکترواستاتیک

الکتروستاتیک، الکتریسیتهٔ ساکن، یا ایستابرق[ ۱] شاخه ای از فیزیک است که به مطالعهٔ بارهای الکتریکی ساکن و نیروهای میان آن ها می پردازد. از باستان می دانستند که برخی مواد، مانند کهربا، پس از مالیده شدن، چیزها و ذرات سبک را می ربایند. واژهٔ الکتریسته، از الکترون ( ήλεκτρον ) ، که معادل یونانی کهرباست، می آید.
پدیده های الکتروستاتیک از نیروهایی که بارهای الکتریکی برهم وارد می کنند می آیند. این نیروها با قانون کولن توصیف می شوند. نیروهای الکتروستاتیکی، نیروهای غالب در برهم کنش ذرات زیراتمی هستند. برای نمونه، نیروی الکتروستاتیکی میان الکترون و پروتون در اتم هیدروژن، حدود ۴۰ مرتبه از نیروی گرانشی میان آن ها بزرگ تر است.
در روزمره، نمونه های گوناگونی از پدیده های الکتروستاتیکی دیده و تجربه می شوند؛ مانند چسبیدن پوشش های پلاستیکی نازک ( مشمع ) به دست، انفجار خودبه خود سیلوی غلات، آسیب دیدن قطعات الکترونیکی در اثر تماس با دست، و دستگاه فتوکپی. این پدیده ها، عمدتاً به دنبال جمع شدن بار الکتریکی بر سطح چیزها در تماس با چیزهای دیگر است.
معادلهٔ اساسی الکتروستاتیک، قانون کولن ( به انگلیسی: Coulomb law ) است که نیروی بین دو بار نقطه ای را توصیف می کند. اندازهٔ نیروی الکترومغناطیس بین دو بار الکتریکی نقطه ای با حاصل ضرب اندازهٔ بارها نسبت مستقیم، و با مربع فاصلهٔ دو بار نسبت عکس دارد:
F = Q 1 Q 2 4 π ε 0 r 2
که Q 1 و Q 2 ، اندازهٔ دو بار و r فاصلهٔ آن هاست. ε۰ ثابت گذردهی خلأ و برابر است با 8. 85 × 10 12 .
تلفظ Coulomb، بنابر زبان مبدأ آن ( فرانسوی ) ، کولُن است، که در فارسی گاهی آن را به غلط، به شکل نوشتاری آن، کولمب نوشته یا می خوانند.
میدان الکتریکی یک بار دلخواه در نقطه ای اطراف آن، نیروی وارد بر بار واحد الکتریکی ( یک کولن ) از سوی آن بار است.
F → = q E → .
بنابراین و با توجه به قانون کولن، اندازهٔ میدان الکتریکی E از سوی بار نقطه ای تنهای Q ، از این رابطه به دست می آید:
E ( r → ) = Q 4 π ε 0 r 2 .
برای فرمول بندی کلی میدان الکتریکی دیورژانس و کرل آن را محاسبه می کنیم.
بر پایهٔ قانون گاوس، شار الکتریکی گذرنده از یک سطح بسته، با بار الکتریکی که با سطح دربر گرفته شده متناسب است. از نظر ریاضی، این قانون به دو صورت انتگرالی و دیفرانسیلی قابل بیان است: