מה זה אלקטרוסטטיקה?
אלקטרוסטטיקה היא התיאוריה העוסקת במטענים חשמליים נייחים ובכוחות הפועלים ביניהם. כאשר המטענים נעים, מופיע קשר הדוק בין התיאוריה העוסקת בחשמל לתיאוריה העוסקת במגנטיות. חלק 1 מכתבה בת שני חלקים
חלק גדול מהתופעות בעולמנו הן חשמליות במהותן: לא רק פעולת המזגן, המנורה והמחשב, אלא גם עצם העובדה שאנו יושבים בכיסאנו ולא נופלים דרכו ודרך האדמה הישר אל מרכז כדור הארץ. הכוח המחזיק אותנו במקומנו כנגד משיכת הכבידה הוא חשמלי במהותו, ונובע מהאינטראקציה בין האלקטרונים שבגופנו לאלקטרונים שבגוף עליו אנו יושבים.
התנהגות מוזרה של ענבר
המלה אלקטרון, שממנה נגזרת אלקטרוניקה, מקורה במלה יוונית שפרושה "ענבר". היוונים הבחינו שחתיכת ענבר (לאמור – שרף עצי מחט קדומים שהתאבן) מגלה התנהגות מוזרה כאשר משפשפים אותה בפיסת צמר או פרווה. כיום אנו אומרים שהענבר נטען במטען חשמלי.
המלה העברית "חשמל" מופיעה לראשונה בתיאור ההתגלות האלוהית בספר יחזקאל, שם קשה לקבוע חד-משמעית את פירושה המקורי: "וארא והנה רוח סערה באה מן-הצפון, ענן גדול ואש מתלקחת, ונגה לו סביב; ומתוכה, כעין החשמל מתוך האש"... בתקופה המודרנית המלה אומצה במשמעות Electricity.
מהו מטען חשמלי בעצם?
מטען חשמלי מהו? קיימים מספר מושגים בפיזיקה אשר לא ניתן להגדירם באמצעות מושגים בסיסיים יותר. מטען חשמלי הוא אחד המושגים הללו. בדומה למושג מאסה, אין דרך להשיב על שאלת המהות שלו. אנו יכולים רק לומר, כי מושג זה מאפשר לנו לתאר באופן אלגנטי ומדויק, התואם את המציאות, אוסף גדול של תופעות, ולכן אנו בוחרים לעשות בו שימוש.
היחידה הבסיסית של המטען החשמלי – היחידה הקטנה ביותר שאנו מוצאים חופשית (לקווארקים מטען השווה לשליש או שני שליש מטען האלקטרון, אך עד כה לא נצפו קווארקים בודדים, אלא בקבוצות שמטענן המשותף גדול או שווה למטען האלקטרון) בטבע – היא מטען האלקטרון. אנו מכנים מטען זה שלילי.
הפרוטון והאלקטרון
לפרוטון יש מטען הפוך ושווה בגודלו למטען האלקטרון, וזהו המטען המכונה חיובי. המושגים "שלילי" ו"חיובי" הודבקו למטעניהם של האלקטרון והפרוטון מסיבות היסטוריות, והם מתפקדים היטב בתוך המסגרת המתמטית המתארת את האינטראקציה בין מטענים, אך אין שום מובן עמוק למושגים אלו; יכולנו לבחור לכנותם גם "שחור" ו"לבן", או "רע" ו"טוב".
נסקור כאן את עקרונות היסוד של האלקטרוסטטיקה – התיאוריה העוסקת במטענים חשמליים נייחים ובכוחות הפועלים ביניהם; כאשר המטענים נעים, מופיע קשר הדוק בין התיאוריה העוסקת בחשמל לתיאוריה העוסקת במגנטיות, ובקשר ביניהם – התיאוריה האלקטרומגנטית – נעסוק בגיליון הבא.
שימור המטען
כלל חשוב הקשור למטען חשמלי הוא שימור המטען. המטען החשמלי אינו נעלם ואינו מופיע יש מאין. סכום המטענים החשמליים של כל מערכת - כלומר כל גוש חומר או קבוצת חלקיקים - קבוע תמיד, ולא משנה מהן האינטראקציות הפנימיות המתקיימות בין רכיבי המערכת. שימור המטען מתקיים רק כל עוד המערכת מבודדת, כלומר אינה יכולה לקבל מטען מבחוץ או להעביר מטען החוצה.
חלקיקים בעלי מטען מפעילים כוחות חשמליים זה על זה: מטענים הפוכי סימן מושכים זה את זה, בעוד מטענים שווי סימן מפעילים כוח דחייה. מקובל לתאר את הכוח החשמלי כנובע מ"שדה" שהמטענים משרים על סביבתם. מטען חשמלי אשר נקלע לשדה שיצר מטען חשמלי אחר, יחוש כוח. השדה קיים בכל נקודה במרחב.
ערך מול מטען
אם ערכו של השדה בנקודה כלשהי הוא אפס, פירוש הדבר הוא כי מטען שיימצא בנקודה לא יחוש כל כוח; אם השדה שונה מאפס, הרי שהוא בעל גודל וכיוון המתארים את גודל וכיוון הכוח שיפעל על מטען שיימצא בנקודה זו. ניקח מטען חיובי – פרוטון, למשל – ונקבע אותו במקומו כך שלא יזוז.
נהוג לתאר את השדה שיוצר הפרוטון כאוסף של חצים הפונים מהפרוטון החוצה. פירוש הדבר הוא כי פרוטון אחר, גם הוא בעל מטען חיובי, אשר יימצא בשדה, יחוש כוח המאיץ אותו הלאה מהפרוטון המקובע. עוצמת השדה הולכת וקטנה ככל שאנו מתרחקים ממנו; השדה קטן כריבוע המרחק.
הכבידה
קיים כוח נוסף בטבע הדועך כריבוע המרחק, הכבידה. המטען החשמלי יוצר את השדה החשמלי, ומטענים אחרים מגיבים לו; באופן דומה יוצרת המאסה את הכבידה ומגיבה לה. כשם שיש אנרגיה פוטנציאלית כבידתית, יש גם אנרגיה פוטנציאלית חשמלית. בכל מערכת סגורה מתקיים שימור אנרגיה, וגוף אשר איבד אנרגיה פוטנציאלית חשמלית ירכוש במקומה סוג אחר של אנרגיה, למשל אנרגיה קינטית.
לפנייה לכתב/ת 
