Electroestàtica: diferència entre les revisions

En altres paraules, l'electroestàtica no requereix l'absència de camps magnètics o [[corrent elèctric|corrents elèctrics]]. Però si existeixen camps magnètics o corrents elèctrics, no han de canviar al llarg del temps, o en el pitjor dels casos, han de canviar molt a poc a poc al llarg del temps. En alguns problemes, caldrà tenir en consideració tant aspectes electroestàtics com [[magnetoestàtica|magnetoestàtics]] per tal de poder fer prediccions precises, però les interaccions entre ells encara poden ser ignorades.

 

Com que el camp elèctric és irrotacional, és possible expressar-lo com un [[gradient (matemàtiques)|gradient]] d'una [[Funció matemàtica|funció]] [[escalar]] anomenada [[Potencial elèctric|potencial electroestàtic]] o voltatge. Així, el potencial electroestàtic &Phi; està relacionat amb el camp elèctric <math>E</math> per mitjà de l'equació:

 

:<math> \mathbf{E} = - \mathbf{\nabla} \phi </math>

 

L'equació fonamental de l'electroestàtica és la [[llei de Coulomb]], que descriu la [[força]] entre dues [[càrrega puntual|càrregues puntuals]] <math>Q_1</math> i <math>Q_2</math>:

 

: <math>\mathbf{F} = \frac{ Q_1Q_2}{4 \pi \varepsilon_o r^2}\hat{r}</math>

 

El [[camp elèctric]] (en unitats de [[volt]]s per [[metre]]) es defineix com la força (en [[newton (unitat)|newtons]]) per unitat de càrrega (en [[coulomb]]s). D'aquesta definició i de la llei de Coulomb, se'n desprèn que la magnitud d'un camp elèctric ''E'' creat per una càrrega puntual ''Q'' és:

 

: <math>\mathbf{E} = \frac{Q}{4 \pi \varepsilon_o r^2}\hat{r}</math>

 

La [[llei de Gauss]] estableix que el flux elèctric total a través d'una superfície tancada és proporcional a la [[càrrega elèctrica]] total tancada a la superfície. La constant de proporcionalitat és la [[permitivitat]] del [[buit]].

 

:<math> \mathbf{\nabla} \cdot \varepsilon_o \mathbf{E} = \rho </math>

 

La definició del potencial electroestàtic, combinada amb la forma diferencial de la llei de Gauss, proveeix una relació entre el potencial &Phi; i la [[densitat de càrrega]] &rho;:

 

Aquesta relació és una forma de l'[[equació de Poisson]].

 

En absència de càrregues elèctriques desaparellades, l'equació esdevé

 

que és l'[[equació de Laplace]].

 

L'[[efecte triboelèctric]] és un tipus d'electrificació per contacte pel qual alguns materials resten carregats elèctricament quan entren en contacte amb un altre material diferent i són separats. La polaritat i la força de les càrregues produïdes varia segons els materials, rugositat de la superfície, [[temperatura]], deformació i altres propietats. Per tant no és massa predictible, i només es poden fer grans generalitzacions. L'[[ambre]], per exemple, pot carregar-se elèctricament per fricció amb un material com la [[llana]]. Aquesta propietat, que va ser observada per [[Tales de Milet]], va suggerir el mot "electricitat" a partir del nom [[Grec antic|grec]] de l'ambre, ēlektron. Altres exemples de materials que poden adquirir una càrrega significativa per efecte del fregament inclou el [[vidre]] friccionat amb [[seda]] i l'[[ebonita]] friccionada amb pèls.

 

La presència d'una [[càrrega superficial]] desequilibrada significa que els objectes presentaran forces atractives o repulsives. Aquesta càrrega superficial desequilibrada, que comporta electricitat estàtica, pot ser generada posant en contacte dues superfícies diferents separant-les després gràcies al fenomen de l'[[electrificació per contacte]] i l'[[efecte triboelèctric]]. Friccionant dos objectes no conductors es genera una gran quantitat d'electricitat estàtica. Aquest efecte no és només degut a la fricció; dues superfícies no conductores poden esdevenir carregades per efecte de ser posades una sobre l'altra. Com que moltes superfícies tenen una textura rugosa, costa molt més aconseguir l'[[efecte de càrrega]] per contacte que per fregament. Friccionar dos objectes augmenta el contacte entre les dues superfícies. Habitualment els [[Aïllant elèctric|aïllant]]s, les substàncies que no condueixen l'electricitat, són bons tant generant com conservant càrregues superficials. Alguns exemples d'aquestes substàncies són el [[cautxú]], el [[plàstic]], el [[vidre]] o el cor d'algunes [[tija|tiges]] de plantes. Els objectes [[conductor elèctric|conductor]]s només rarament generen càrregues desequilibrades, excepte, per exemple, quan una superfície [[metall|metàl·lica]] és impactada per un [[sòlid]] o un [[líquid]] no conductor. La càrrega que és transferida durant l'electrificació per contacte s'emmagatzema a la superfície de cada objecte. Els [[generador electroestàtic|generadors d'electricitat estàtica]] són enginys que produeixen altíssims [[voltatge]]s a una molt petita [[corrent elèctric|intensitat de corrent]] i s'utilitzen a les demostracions escolars de física comptant amb aquestes característiques.

 

: Vegeu també: [[Generador electroestàtic]], [[Màquina de Wimshurst]] i [[Generador de Van de Graaff]].

 

Els fenòmens electroestàtics naturals són més familiars com a una molèstia ocasional en èpoques amb baixa humitat, però poden ser destructius i perjudicials en algunes situacions, com en el cas de les manufactures electròniques. Quan es treballa en contacte amb [[circuit integrat|circuits integrats]] electrònics (els de tipus [[MOSFET]] són especialment delicats) o en presència de [[gas]]os inflamables cal prendre precaucions per evitar l'acumulació i la descàrrega sobtada d'electricitat estàtica.

 

La inducció de càrrega es produeix quan un objecte carregat negativament repel·leix [[electrons]] de la superfície d'un altre objecte, deixant-la carregada positivament. Entre els objectes s'exerceix una [[força]] atractiva. Per exemple, si friccionem un globus i l'aproximem a una paret s'hi enganxarà gràcies a la força atractiva que s'exercirà entre les dues superfícies carregades de manera oposada. La superfície de la paret guanya una càrrega elèctrica gràcies a la inducció, els electrons de la superfície de la paret són repel·lits per la superfície negativa del globus fent esdevingui una superfície carregada positivament i, en conseqüència, atreu la superfície del globus.

 

[[Fitxer:Static on the playground (48616367).jpg|miniatura|Manifestació de l'electricitat estàtica]]

L'electricitat estàtica és una [[càrrega elèctrica]] originada per un desequilibri d'electrons a la superfície d'un material.