Elektrostatik

Elektrostatik ialah kajian tentang cas-cas elektrik yang statik atau dalam keadaan rehat.

Sebuah fenomena elektrostatik - fenomena apabila pelet-pelet busa melekat pada bulu kucing akibat elektrik statik.

Pengenalan

Cas elektrik, q atau Q memiliki dua jenis, iaitu cas positif (+ atau proton), dan cas negatif (- atau elektron). Setiap bahan akan mempunyai proton dan elektron. Bahan-bahan yang mempunyai jumlah proton dan elektron yang sama dikelaskan sebagai neutral. Apabila dua bahan yang berbeza digosokkan antara satu dengan yang lain, geseran antara bahan tersebut akan menyebabkan satu bahan menderma elektron, manakala satu bahan lain akan menerima elektron. Geseran menyebabkan elektron bergerak dari satu bahan ke bahan yang lain, proton tidak akan bergerak melalui geseran. Apabila satu bahan menderma elektron, bahan tersebut bercas positif. Apabila satu bahan menerima elektron, bahan tersebut bercas negatif. Jika dua objek bercas didekatkan antara satu dengan yang lain, daya elektrostatik, F akan wujud antara kedua-keduanya. Cas-cas yang sama akan menolak antara satu dengan yang lain, manakala cas-cas yang berlainan pula akan menarik antara satu dengan yang lain.

Hukum Coulomb

Rencana utama: Hukum Coulomb

Hukum Coulomb, dinamakan sempena Charles-Augustin de Coulomb, menerangkan berkenaan rumus bagi magnitud daya elektrostatik. Berdasarkan hukum ini, daya tarikan atau tolakan elektrostatik di antara dua cas elektrik, q dan Q adalah berkadar terus dengan hasil darab cas-cas tersebut, dan berkadar songsang dengan kuasa dua jarak di antara cas-cas tersebut, r:

$F=k_{0}{\frac {qQ}{r^{2}}}\ =({\frac {1}{4\pi \varepsilon _{0}}}){\frac {qQ}{r^{2}}},$

dengan k₀ ialah pemalar Coulomb,

$k_{0}={\frac {1}{4\pi \varepsilon _{0}}}\approx 8.987\ 551\ 792\times 10^{9}\;\;\mathrm {N\ m^{2}\ C} ^{-2},$

dan ε₀ ialah ketelusan dalam vakum/ruang bebas,

$\varepsilon _{0}\approx 8.854\ 187\ 817\times 10^{-12}\;\;\mathrm {C^{2}\ N^{-1}\ m^{-2}} .$

Medan elektrik

Rencana utama: Medan elektrik

Gambaran medan elektrik di antara dua cas bertentangan sifat (positif dan negatif). Dalam gambaran ini, medan elektrik terbentuk melalui pancaran daya elektrostatik daripada cas positif yang menuju ke cas negatif.

Di sekitar sebuah atau sekumpulan cas elektrik, suatu medan elektrik, E, akan terbentuk, yakni suatu kawasan/ruangan bervektor (berarah) yang mempunyai daya elektrostatik. Berdasarkan sifat cas, medan elektrik akan terpancar dari cas positif dengan pancaran dengan jarak tak terhingga apabila tiada cas negatif yang menarik medan tersebut terhadapnya. Dalam keadaan kumpulan cas bersifat sama, medan elektrik daripada setiap cas akan menolak sesama lain lalu mewujudkan suatu ruangan neutral yang tidak memiliki sebarang daya elektrostatik.

Kekuatan medan elektrik boleh ditakrifkan sebagai hasil bahagi jumlah daya elektrostatik yang dialami oleh suatu cas andaian, q, berdasarkan hukum Coulomb dengan magnitud cas elektrik andaian tersebut; persamaan pada sebelah kanan ialah persamaan apabila F digantikan dengan rumus hukum Coulomb:

${\vec {E}}={{\vec {F}} \over q}=k_{0}{Q \over r^{2}}.$

Fluks elektrik

Rencana utama: Fluks elektrik

Fluks elektrik merujuk kepada magnitud kekuatan medan elektrik berdasarkan luas kawasan yang dilepasi medan. Fluks elektrik ialah hasil darab magnitud medan elektrik dengan luas vektor yang dilepasi medan elektrik:

$\Phi _{E}=\mathbf {E} \cdot \mathbf {S} =ES\cos \theta$

Kadangkala, sebagai memudahkan pengiraan, luas vektor dijadikan berserenjang (90 darjah) dengan arah medan elektrik untuk menjadikan cos θ bernilai 1.

Hukum Gauss

Rencana utama: Hukum Gauss

Hukum Gauss, dinamakan sempena Carl Friedrich Gauss menjelaskan bahawa fluks elektrik dalam suatu ruangan tertutup adalah sama dengan magnitud cas elektrik, dibahagikan dengan nilai ketelusan dalam vakum/ruang bebas, juga dikenali sebagai pemalar elektrik;

$\Phi _{E}={\frac {Q}{\varepsilon _{0}}}$.

Dalam hal ini, permukaan yang melitupi ruangan tertutup yang dikaji ialah suatu permukaan bayangan yang bernama permukaan Gauss.

Lihat juga

• Elektrik statik