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L'elettrostatica è lo studio delle interazioni tra cariche ferme, in una determinata posizione dello spazio. L'intensità della forza esercitata tra due cariche puntiformi q1e q2 è direttamente proporzionale al prodotto delle cariche e inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza; questo risultato è espresso dalla legge di Coulomb, dove e dipende dalle proprietà dello spazio in cui sono poste le cariche e prende il nome di costante dielettrica assoluta. Questa legge, che è alla base di tutta l'elettrostatica, venne formulata per via sperimentale dal fisico francese Charles Augustin de Coulomb, in onore del quale l'unità di misura della carica elettrica si chiama coulomb (C). Vedi anche Unità di misura elettriche. 

Ogni corpo dotato di carica elettrica genera nello spazio circostante un campo elettrico. In altre parole determina un'alterazione dello spazio che diviene evidente quando si pone all'interno di esso una seconda carica elettrica, usualmente detta carica di prova, o carica spia; per effetto del campo, infatti, la carica di prova risente di una forza attrattiva o repulsiva. In altre parole, il concetto di campo può essere utilizzato per fornire una descrizione, forse più complessa ma in molti casi più conveniente, dell'interazione fra cariche elettriche: anziché affermare che una carica elettrica esercita su una seconda carica posta a una determinata distanza una forza elettrostatica, diciamo che una carica ferma genera un campo elettrico e che per effetto del campo una seconda carica risente di una forza. Il campo elettrico può essere rappresentato graficamente mediante opportune linee, dette linee di forza o di campo, che indicano la direzione delle forze elettriche che agirebbero su un'immaginaria carica di prova positiva posta all'interno di esso. Per spostare una particella carica da un punto a un altro del campo occorre compiere del lavoro, cioè trasferire energia alla particella stessa. La quantità di energia necessaria nel caso di una particella recante carica unitaria è uguale per definizione alla differenza di potenziale tra i due punti considerati. 


Proprietà elettriche dei solidi

Le proprietà elettriche di alcuni materiali vennero osservate già nell'antichità. L'ambra, se viene strofinata con un panno di lana, si carica negativamente (si elettrizza) e attira piccoli oggetti; analogamente una bacchetta di vetro strofinata con un panno di seta acquista una carica positiva. Questo comportamento può essere spiegato sulla base del moto delle cariche all'interno dei diversi materiali. 

Nei solidi le cariche positive sono costituite dai protoni che sono confinati in posizioni fisse e il trasporto di cariche elettriche è dovuto al moto delle particelle negative, gli elettroni. In base alla mobilità delle cariche negative i materiali vengono classificati in conduttori, isolanti e semiconduttori (vedi Conduttore elettrico). Nel primo caso gli elettroni sono liberi di muoversi all'interno di tutto il volume del corpo, permettendo quindi il passaggio di cariche elettriche. In generale i metalli e le leghe sono buoni conduttori di corrente. Nei materiali isolanti o dielettrici, quali il vetro, la gomma e il legno asciutto, gli elettroni sono invece strettamente vincolati agli atomi; come conseguenza di ciò una sostanza isolante non può essere attraversata da un flusso di cariche, ovvero da una corrente elettrica. 

Il terzo tipo di materiale comprende le sostanze solide nelle quali solo relativamente pochi elettroni possono liberarsi dagli atomi, lasciando una "buca" nella posizione in cui si trovavano. La buca, che è un'assenza di un elettrone negativo, si comporta come una carica positiva. La presenza di un campo elettrico determina nel materiale un flusso di elettroni (negativi) in un verso e di buche (positive) nel verso opposto, dando luogo a una corrente elettrica. Un semiconduttore generalmente offre al passaggio di corrente una resistenza intermedia tra quella che caratterizza un buon conduttore, come il rame, e quella di un isolante come il vetro. Se la maggior parte della corrente è trasportata dagli elettroni liberi, il semiconduttore viene detto di tipo n; se invece è dovuta principalmente al moto dalle buche, esso è di tipo p. 

La proprietà di un corpo di ostacolare il passaggio di cariche elettriche viene misurata per mezzo di una grandezza detta resistenza elettrica e misurata in Ohm. Da quanto detto si comprende come un materiale conduttore abbia resistenza relativamente bassa mentre un isolante sia caratterizzato da valori alti di questo parametro. 

In natura non esistono né isolanti né conduttori perfetti; i migliori conduttori a temperatura ambiente offrono una resistenza piccola, ma non nulla, al passaggio di corrente; i migliori isolanti offrono una resistenza grandissima, ma non infinita. Alcuni metalli, tuttavia, mostrano un comportamento particolare e perdono la loro resistenza a temperature prossime allo zero assoluto; questo fenomeno prende il nome di superconduttività e il suo studio è uno dei principali settori di ricerca della fisica moderna. 


Cariche elettriche

Lo strumento utilizzato per misurare lo stato di elettrizzazione di un corpo è l'elettroscopio. Nella sua forma più semplice è costituito da due sottilissime foglie d'oro (a,a) sospese a un supporto metallico (b) posto all'interno di un recipiente di vetro o di altro materiale non conduttore (c) e da un pomello metallico (d), collegato al supporto, che raccoglie le cariche elettriche. Avvicinando un corpo elettrizzato al pomello si induce una distribuzione di cariche: il pomello metallico acquista una carica opposta a quella del corpo mentre le cariche dello stesso segno di quest'ultimo raggiungono, attraverso il supporto, entrambe le foglie; per effetto delle forze elettrostatiche esse si respingono e dalla loro divergenza angolare è possibile risalire alla carica elettrica depositata sul corpo elettrizzato. 

Per elettrizzare un corpo si possono usare tre metodi principali: 1) lo sfregamento con un altro oggetto di materiale diverso (ad esempio ambra e panno di lana); 2) il contatto con un altro corpo elettrizzato; 3) l'induzione elettrostatica. 

L'induzione elettrostatica è mostrata in figura 2. Un corpo con carica negativa, A, è posto tra un conduttore neutro, B, e un corpo neutro di materiale isolante, C. Nel conduttore gli elettroni liberi sono respinti verso la regione più lontana da A, mentre le cariche positive sono attratte verso l'estremità vicina. L'intero corpo B è attirato verso A, perché l'attrazione delle cariche opposte prevale rispetto alla repulsione delle cariche di segno uguale, che sono più lontane. Ciò è facilmente comprensibile se si tiene conto che le forze che si manifestano tra cariche elettriche sono inversamente proporzionali al quadrato della loro distanza. Nel corpo isolante (C) gli elettroni non sono liberi di muoversi, ma gli atomi o le molecole del materiale risentono di una forza che li orienta in modo che i loro elettroni vengano a trovarsi il più possibile lontano da A; pertanto anche C è attirato da A, ma in misura minore del conduttore.