Elektriklenmiş cisimler üzerinde Elektriği denge durumunda inceleyen fizik dalı. Durgun haldeki Elektrik yüklerini inceleyen fiziğin dalına Elektrostatik denir. Elektrostatik, değişmeyen elektrik alanlarının ya da yüklü cisimlerin diğer yüklü cisimlerle ilişkilerini inceleyen, fiziğin bir alt dalıdır. Elektrostatikte Elektron hareketlerinden söz edilse de elektrik akımı incelenmez.


Manyetik olaylar M.Ö. 2000 yıllarında Çinliler tarafından bilinmekteydi. Bazı elektrostatik ve manyetik olaylarda M.Ö 700 yıllarında bilinmekteydi. Bunlar arasındaki ilişkiyse ancak M.S.1920 yılında H.C. Oersted tarafından elektrik akımlarının oluşturduğu manyetik etkinin gösterilmesiyle ortaya çıkmıştır. Bu ilişkinin anlaşılmasından sonra elektrik ve manyetizma olayları birleştirilerek elektromanyetizma adı altında incelenmiştir.

Temel Konular

Coulomb Kanunu
Elektrostatiğin temel denklemi iki yük arasındaki kuvveti açıklayan Coulomb Kanunudur. İki yük Q1 ve Q2 arasındaki Elektrostatik kuvvetin büyüklüğü yüklerin büyüklüklerinin çarpımı ile doğru orantılı iken, yarıçapı yükler arası uzaklığa eşit olan kürenin yüzey alanı ile ters orantılıdır.


58 - Elektrostatik Konu Anlatımıε0 dielektrik sabiti olarak tanımlanır ve değeri;

59 - Elektrostatik Konu Anlatımı   in A2s4 kg-1m-3 or C2N-1m-2 or F m-1.

Elektrik Alan


Herhangi bir noktada tanımlanan elektrik alan (birimi volt/metre'dir) o noktadaki birim yüke etkiyen kuvvet olarak tanımlanır :

60 - Elektrostatik Konu AnlatımıBu tanımlama ve Coulomb Kanunu düşünülecek olduğunda tek noktasal yükün Q oluşturduğu electrik alanın E büyüklüğü :

61 - Elektrostatik Konu AnlatımıHacim yük yoğunluğu 62 - Elektrostatik Konu Anlatımı verilmiş olan belirli bir yük dağılımı tarafından oluşturulan elektrik alan bir vektör fonksiyonunun üçlü integrali ile bulunabilir:


63 - Elektrostatik Konu Anlatımı

Gauss Yasası


Gauss Yasası şunu belirtir "herhangi bir kapalı yüzeyden geçen toplam elektrik akısı o yüzeyin içindeki elektriksel yük ile doğru orantılıdır". Matematiksel olarak Gauss Yasası integral formda gösterilebilir:

64 - Elektrostatik Konu AnlatımıAlternatif olarak denklem difaransiyel olarak gösterilebilir:

65 - Elektrostatik Konu AnlatımıBurada 66 - Elektrostatik Konu Anlatımı diverjans operatörüdür.

Poisson Denklemi

Elektrostatik potansiyelin tanımı Gauss Yasasının diferansiyel formu ile birleştirildiğinde potansiyel φ ve yük yoğunluğu ρ ile bir ilişki kurulabilir:

67 - Elektrostatik Konu AnlatımıBurada ε0 vakum geçirgenliğidir ve bu denklem poisson denklemi formundadır.

Laplace Denklemi
Eşleşmemiş elektriksel yük bulunmadığı durumda (yani bütün negatif ve pozitif yükler eşleştiğinde, veya hiç bir yük bulunmadığında net yük 0 olduğu durumda) denklem Laplace Denklemine indirgenir:

68 - Elektrostatik Konu Anlatımı

Elektrostatik Yakınsama

Elektrostatik yakınsamanın geçerliliği elektrik alanın döndürülemez olması kabullenimine bağlıdır:

69 - Elektrostatik Konu AnlatımıFaraday Yasası göz önünde bulundurulduğunda, bu kabullenim zamanla değişen manyetik alanın yokluğunu veya yokluğa yakınlığını ima eder:

Başka bir deyişle, Elektrostatik manyetik veya elektrik alanının yokluğuna ihtiyaç duymaz, daha çok, manyetik ve elektrik alanının varolmasına fakat zamanla değişmemesine, veya en kötü durumda, zamanla çok az değişmesine ihtiyaç duyar. Bazı problemlerde, elektrostatiğin ve manyetostatikin her ikisi de doğru öngörüler için gereklidir, fakat birbiri arasındaki eşleşme halen yoksayılabilir.

Elektrostatik Potansiyel



Elektrostatik Konu Anlatımı


Yakındaki pozitif yükün (+) Elektrik Alanı (okla belirtilen çizgiler) hareketli yüklerin iletken objelerde elektrostatik indüklenme sonucu ayrılmasına sebep olur. Negatif yükler (blue) çekim sonucu dışardan gelen yüklerle yüzleşen yüzeye doğru hareket ederler. Pozitif yükler (red) itilme sonucu yüzü diğer tarafa çevrili yüzeye hareket ederler. Bu indüklenmiş yüzey yükleri tamı tamına öyle bir boyut ve şekle sahiplerki onların metal yüzeyi içinde yarattığı elektrik alan dışardan gelen elektrik alanı etkisiz hale getirir. Dolayısıyla elektrik alan iletken cismin içinde heryerde 0 iken elektrostatik potansiyel sabittir.



Elektrik alan döndürülemez olduğundan, elektrik alanı bir skaler fonksiyonun gradyanı olarak gösterilebilir. Bu skaler fonksiyona elektrostatik potansiyel (voltaj olarak da bilinir) denir. Yüksel bir potansiyelden , φ, düşük bir potansiyele geçen noktalarda elektrik alan E matematiksel olarak:

70 - Elektrostatik Konu Anlatımıgösterilebilir. Herhangi bir noktadaki elektriksel potansiyel birim yükü sonsuzdan herhangi bir başka noktaya getirmek için kullanılan enerji olarak tanımlanır.

Triboelektrik Etkisi
Triboelektrik Etkisi belirli materyallerin birbirine dokundurulması ve daha sonra ayrılması sonucu elektriksel olarak yüklenmesi olarak tanımlanan bir çeşit dokunma ile elektriklenme etkisidir. Materyallerden birisi pozitif bir yükle yüklendiğinde diğeri pozitif yüke eşit negatif bir yük elde eder. Oluşturulan yüklerin Polarizasyonu ve gücü materyale, yüzey pürüssüzlüğüne, sıcaklığa, gerilmeye ve diğer özelliklere bağlı değişir. Örneğin kehribar yün ile sürtünmesi sonucu elektriksel yük kazanabilir. Bu özellik ilk olarak Thales tarafından bulunmuş olup, bu buluş insanlık tarafından saptanan ilk elektriksel olaydır. Camın ipek ile, sert kauçuğun kürk ile sürtünmesi materyallerin önemli sayıda yük kazandığını gösteren diğer örneklerdir.

Elektrostatik Jeneratörler
Yüzey yüklerindeki dengesizliğin varlığı o objenin itici veya çekici kuvvetler uygulayabileceğini gösterir. Statik elektiğe sebep olan bu yüzey yüklerindeki dengesizlik iki farklı yüzeyi birbirlerine dokundurulması ve ayrılması sonucu dokunarak elektriklenme ve triboelektrik etkisi sayesinde oluşturulabilir. İki yalıtkan objeyi birbirine sürtmek büyük bir statik elektrik oluşturur. Bu sadece sürtünmenin etkisi değildir; iki farklı yalıtkan cismin birinin diğerinin üzerine yerleştirilmesi sonucu yüklenebilirler. Çoğu yüzey pürüzlü bir dokuya sahip olduğu için, bu yüklenme sürtünme ile elektriklenmeden daha uzun sürecektir. Objeleri birbirlerine sürtmek iki yüzey arasındaki yapışkan teması arttıracaktır. Genellikle yalıtkanlar yüzey yük oluşturmada ve saklamada kullanışlıdırlar. Bu cisimlere örnek olarak silgi, plastik, ve cam verilebilir. İletken cisimler örneğin metal bir yüzeyin katı veya sıvı bir yalıtkan ile etkileşmesi hariç nadiren yük dengesizliği oluştururlar. Dokunma ile elektriklenmede yükler objelerin yüzeylerinde birikir.Elektrostatik Jeneratörler bu etkiye bağlı olarak yapılan düşük akımlarda yüksek voltajlar üreten ve de fizik sınıfı gösterimlerinde kullanılan aletlerdir.