静电学
静电学研究静止电荷及其产生的与时间无关的电场、电势和力。
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Definition
研究由静止或稳态平衡的电荷所产生的力、场和电势的学科，其遵循库仑定律，等效地，也遵循高斯定律和静电场的无旋性质。
Scope
静电学是电磁学的一个分支，研究静止电荷分布及其相关的场、电势、能量和力。它涵盖了库仑定律、静电场和电势、高斯定律、导体和电介质在静电场中的行为、电容，以及在给定边界条件下求解拉普拉斯方程和泊松方程。它不包括随时间变化的现象，例如电流的磁效应和电磁辐射，这些现象需要完整的电动学处理。
Sub-topics
Core questions
- 一个静止电荷分布对另一个静止电荷分布施加的力是多少？
- 如何从给定的电荷分布确定电场，反之亦然？
- 导体和电介质如何响应外加电场重新分布电荷？
- 当只知道边界值时，如何找到电势和电场？
Key concepts
- 电荷
- 电场
- 静电势
- 高斯定律
- 介电常数
- 电通量
- 场线
- 静电能
Key theories
- 库仑定律
- 两个点电荷之间的静电力与电荷乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比，方向沿连接它们的直线。
- 高斯定律
- 通过任何闭合曲面的电通量等于曲面内所包围的电荷除以介电常数，这提供了反平方定律的积分形式，也是解决对称问题的强大工具。
- 静电势理论
- 由于静电场是无旋的，它来源于一个满足泊松方程（在无电荷区域为拉普拉斯方程）的标量势，从而将场问题简化为边值问题。
Clinical relevance
静电学是电容器设计、静电除尘器、静电复印和激光打印、电子设备中的静电放电保护以及带电生物膜和大分子建模的基础。
History
定量静电学始于18世纪80年代库仑用扭秤测量建立的反平方力定律。泊松和高斯在19世纪早期发展了势理论公式，法拉第引入了场线和周围介质作用的直观概念，麦克斯韦后来将其纳入场论范畴。
Key figures
- Charles-Augustin de Coulomb
- Carl Friedrich Gauss
- Siméon Denis Poisson
- Michael Faraday
Related topics
Seminal works
- jackson1998
- griffiths2017
- purcell2013
Frequently asked questions
- 高斯定律与库仑定律有何关系？
- 高斯定律在数学上等效于库仑定律对静电场的反平方律；它以通过闭合曲面的通量形式重新表述了相同的物理原理，并且在电荷分布具有高度对称性时特别方便。
- 为什么静电平衡时导体内部的电场为零？
- 导体中的自由电荷会重新分布，直到内部净电场消失；任何残余电场都会驱动电流，这与静电平衡的假设相矛盾。