Elektrostatyka

Elektrostatyka – dziedzina fizyki zajmująca się oddziaływaniami pomiędzy nieruchomymi ładunkami elektrycznymi. Oddziaływania te zwane są elektrostatycznymi^[1]. Elektrostatyka rozpatruje też ładunki poruszające się, o ile pomija się wszystkie efekty wynikające z ruchu ładunków z wyjątkiem zmiany ilości ładunku. Analogicznie, magnetostatyka zajmuje się polami magnetycznymi stałymi w czasie^[2].

O istnieniu oddziaływań elektrostatycznych wiedziano już w starożytności. Dwadzieścia sześć wieków temu grecki filozof i matematyk Tales z Miletu (620-540 p.n.e.) spostrzegł, że potarty suknem bursztyn przyciąga drobne, lekkie ciała jak np. drewniane wiórki. Nazwa elektryczność pochodzi od greckiego słowa ήλεκτρον (ēlektron) oznaczającego bursztyn.

 Osobny artykuł: Elektryzacja.

Elektryzowanie polega na pocieraniu jednego ciała o drugie, następuje także w wyniku zetknięcia początkowo nienaelektryzowanych ciał i rozdzielenie ich, występuje także podczas uderzenia kropli cieczy w ciało stałe.

 Osobny artykuł: Szereg tryboelektryczny.

Potarta suknem laska ebonitowa elektryzuje się ujemnie a sukno dodatnio. Laska szklana zaś potarta jedwabiem elektryzuje się dodatnio a jedwab ujemnie.

Elektryzować można też przez zetknięcie ciała nienaelektryzowanego z ciałem naelektryzowanym, gdyż ładunek elektryczny może przechodzić z jednego ciała na drugie.

Ciało można też naelektryzować przez indukcję (wpływ). Ten sposób elektryzowania polega na zbliżeniu do elektryzowanego ciała innego ciała naelektryzowanego. Jeżeli w elektryzowanym ciele wytworzone ładunki nie zostaną przeniesione na inne ciała lub będą mogły powrócić do poprzednich miejsc, to po oddaleniu ciała naelektryzowanego pole elektrostatyczne ciała zanika.

Elektryczność statyczna jest to zespół zjawisk towarzyszących pojawieniu się niezrównoważonego ładunku elektrycznego na materiałach o małej przewodności elektrycznej (dielektrykach, materiałach izolacyjnych) lub na odizolowanych od Ziemi obiektach przewodzących (np. ciele człowieka, elementach urządzeń, itp.). Ładunki te wytwarzają wokół siebie pole elektrostatyczne o natężeniu tym większym, im większa jest wartość ładunku.

Zagrożenia elektrycznością statyczną są spowodowane bezpośrednim oddziaływaniem pola elektrycznego wytwarzanego przez naelektryzowane obiekty lub oddziaływaniem wyładowań elektrostatycznych. Wyróżnia się trzy rodzaje zagrożeń:

• niekorzystne oddziaływanie na człowieka
• zakłócenia procesów technologicznych
• pożarowo-wybuchowe.

 Osobny artykuł: Ochrona odgromowa .

Ochrona odgromowa to inaczej ochrona przed wyładowaniami elektrycznymi w powietrzu (piorunami). Zadaniem urządzeń odgromowych jest ochrona życia i zdrowia ludzi oraz ich mienia przed niszczącym działaniem wyładowań atmosferycznych. Pierwsze i do dziś używane piorunochrony wykorzystują zasadę działania opracowaną przez Franklina i Faradaya. Wyładowanie powstaje w wyniku różnicy potencjałów między chmurami a ziemią, nagromadzony ładunek przeskakuje po elementach o najmniejszym oporze elektrycznym. Chcąc uniknąć jego niszczącego przepływu przez części budynków, należy umożliwić mu swobodny przepływ do ziemi po specjalnie w tym celu zaprojektowanej instalacji odgromowej.

Piorunochron składa się z części nadziemnej i podziemnej:

• część nadziemna – są to zwody pionowe lub poziome, umocowane nad chronionym obiektem, i przewody odprowadzające;
• część podziemna składa się z przewodów uziemiających oraz uziomów:
  • naturalnych – zespołu przedmiotów metalowych lub żelbetowych umieszczonych w gruncie w celu innym niż uziemienie, np.: zbrojenia części podziemnych budynków, metalowe rurociągi itp.,
  • sztucznych – prętów lub płaskowników stalowych ocynkowanych lub pomiedziowanych: punktowych, otokowych lub ich kombinacji.

Zadaniem zwodów jest przejęcie na siebie wyładowania atmo­sferycznego, zadaniem przewodów odprowadzających jest przekazanie go do uziomu. Rolą uziomu jest doprowadzenie energii wyładowania do ziemi i jej rozproszenie.

Prawo Coulomba jest podstawowym prawem elektrostatyki, podaje wartość siły z jaką działają na siebie punktowe ładunki elektryczne. Głosi, że siła wzajemnego oddziaływania dwóch punktowych ładunków elektrycznych jest wprost proporcjonalna do iloczynu ładunków i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między ich środkami.

Z prawa tego wynika, że im większy ładunek będą miały punktowe ciała, tym między nimi będzie większa siła; także im większa odległość będzie między nimi, tym mniejsza siła będzie między nimi.

Prawo to opublikował w 1785 Charles Coulomb.

• Podstawy elektrostatyki