ไฟฟ้าสถิต

ประจุไฟฟ้ามีสองชนิดคือบวกและลบ ประจุชนิดเดียวกันผลักกัน ประจุต่างชนิดดึงดูดกัน และประจุรวมของระบบปิดจะอนุรักษ์เสมอ (ไม่ถูกสร้างหรือทำลาย เพียงถูกย้ายที่)

ทำให้วัตถุมีประจุได้สามวิธี: การขัดถู (แลกเปลี่ยนอิเล็กตรอนระหว่างพื้นผิว), การสัมผัส (ประจุไหลจากวัตถุที่มีประจุไปยังวัตถุที่สัมผัส แบ่งประจุกัน), และการเหนี่ยวนำ (แยกประจุในวัตถุที่เป็นกลางโดยไม่ต้องสัมผัสกัน ใช้สนามไฟฟ้าจากวัตถุมีประจุที่อยู่ใกล้)

แรงระหว่างประจุจุดสองจุดแปรผันตรงกับผลคูณของขนาดประจุ และแปรผกผันกับกำลังสองของระยะห่าง F = kq₁q₂/r² โดย k คือค่าคงตัวคูลอมบ์ (k ≈ 9×10⁹ N·m²/C²)

แรงนี้เป็นเวกเตอร์ มีทิศตามแนวเส้นเชื่อมประจุทั้งสอง — ผลักออกจากกันถ้าประจุชนิดเดียวกัน ดึงดูดเข้าหากันถ้าประจุต่างชนิด เมื่อมีประจุมากกว่าสองจุด ต้องรวมแรงแบบเวกเตอร์ (บวกทีละคู่แล้วรวมผล)

สนามไฟฟ้าคือปริมาณที่บอกว่าถ้ามีประจุทดสอบ +q วางอยู่ที่จุดนั้น จะถูกแรงกระทำเท่าใดต่อหนึ่งหน่วยประจุ E = F/q นิยามนี้ทำให้พูดถึง "พื้นที่รอบประจุ" ได้โดยไม่ต้องมีประจุทดสอบอยู่จริง

สำหรับประจุจุด สนามไฟฟ้ามีขนาด E = kq/r² และมีทิศพุ่งออกจากประจุบวกเสมอ (พุ่งเข้าสู่ประจุลบ) เส้นสนามไฟฟ้าที่วาดออกมาจึงชี้ทิศทางที่ประจุบวกทดสอบจะถูกผลักไป

สนามไฟฟ้าเป็นเวกเตอร์ รวมกันแบบเวกเตอร์เช่นเดียวกับแรง — ถ้ามีหลายประจุ สนามไฟฟ้ารวม ณ จุดหนึ่งคือผลรวมเวกเตอร์ของสนามจากแต่ละประจุ

ศักย์ไฟฟ้า (electric potential) คือพลังงานศักย์ไฟฟ้าต่อหนึ่งหน่วยประจุ สำหรับประจุจุด V = kq/r เป็นปริมาณสเกลาร์ (ไม่มีทิศทาง) ต่างจากสนามไฟฟ้าที่เป็นเวกเตอร์

งานที่ต้องทำเพื่อย้ายประจุ q จากจุดหนึ่งไปอีกจุดหนึ่งที่มีศักย์ไฟฟ้าต่างกัน W = qΔV — ถ้าย้ายประจุบวกจากศักย์สูงไปศักย์ต่ำ งานจะเป็นลบ (สนามไฟฟ้าทำงานให้ ไม่ต้องออกแรงต้าน) เหมือนวัตถุที่กลิ้งลงจากที่สูงในสนามโน้มถ่วง

เมื่อนำตัวนำสองแผ่นมาวางใกล้กันและให้มีประจุตรงข้ามกันบนแต่ละแผ่น จะเก็บพลังงานไฟฟ้าไว้ได้ อุปกรณ์แบบนี้เรียกว่าตัวเก็บประจุ (capacitor) มีความสามารถในการเก็บประจุ (capacitance) นิยามจาก C = Q/V โดย Q คือขนาดประจุที่สะสมและ V คือความต่างศักย์ระหว่างแผ่นทั้งสอง

ตัวเก็บประจุเป็นสะพานเชื่อมไปสู่บทไฟฟ้ากระแสตรงถัดไป ซึ่งจะพิจารณาการต่อตัวเก็บประจุในวงจรและพลังงานที่สะสมไว้อย่างละเอียดขึ้น