W prawie grawitacji, stosujemy założenie że masy są punktowe. Jeżeli ciała mają budowę sferyczną możemy traktować je jako punkty materialne. Podobne jest prawo oddziaływań elektrostatycznych. Oddziaływania te są jednak opisane stałą k, która zależy od materii w której ładunki się znajdują.
k=$\frac{\mathbf{1}}{\mathbf{4}\mathbf{\text{πε}}.}$
W próżni wartość ε wynosi 0. Skutkiem tego jest, że w każdym innym ośrodku oddziaływanie to jest mniejsza.
Zmieniona przestrzeń to pole siłowe (grawitacyjne/elektryczne). Przestrzeń ta jest w stanie wywrzeć siłę na jakieś obiekty. W polu elektrycznym działa siła coulombowska, w grawitacyjnym siła grawitacyjna. Pole ma pewne cechy mierzalne. Cechy odnoszą się do wszystkich punktów w przestrzeni, więc opis jest bardzo skomplikowany, bo parametr trzeba przypisać do każdego punktu. Jednym z parametrów jest natężenie pola. Natężenie pola elektrycznego to F/q. Przemieszczanie ładunku w polu odbywa się podobnie jak w polu grawitacyjnym. W przypadku pola
ΔEp=W1
ΔEp/q=ΔV (potencjał). Zero jest tam gdzie pola nie ma. Potencjał to przemieszczanie ładunku jednostkowego z nieskończoności do danego miejsca.
Potencjał wytwarzany przez ładunki dodatnie jest dodatni, a przez ujemne jest ujemny.
A zatem energia potencjalna może być dodatnia lub ujemna. Potencjał mierzymy w Voltach.
ΔV= EΔx
Natężenie pola określa zmianę potencjału na jednostkę długości. Jeżeli potencjał zmienia się gwałtownie to natężenie pola jest duże, a więc na każdy jednostkowy ładunek działa duża siła. Weźmy dwa druciki i zbliżajmy, im bliżej tym większe natężenie pola między nimi. Przy dużym natężeniu może przeskoczyć iskra. Pole elektryczne wytwarzane jest przez zgromadzone ładunki. Jeśli materia znajdzie się w polu jej ładunki oddziałują z polem. Pole jest jednorodne, jeśli nie zmienia się w przestrzeni. Pole jest stałe jeśli nie zmienia się w czasie. Jeśli przestrzeń pola wypełnimy substancją, która nie będzie próżnią, pole zmaleje.
Oznaczanie plus i minus w przypadku oznaczenia potencjałów oznacza więcej niż. Np. 100 V to plus, a 50 V to minus. Znak oznacza bowiem różnicę potencjałów.
Materia powoduje, że ładunki przeciwne gromadzą się na granicy pola i redukują pole. Bierze się to z tego, że materia składa się z obiektów naładowanych ale nie do końca swobodnych. Materia ulega polaryzacji, co wynika ze struktury wewnętrznej cząsteczek. Cząsteczka jest dipolem elektrycznym. Ma przewagę pewnego ładunku z jednej strony. Ustawienie dipoli jest zupełnie chaotyczne. Średnio statystycznie my tego nie widzimy. Jednak gdy włożymy w zewnętrzne pole elektryczne, dipole obrócą się w stronę ładunku przeciwnego. Po wyłączeniu pola po jakimś czasie robi się znowu bałagan.
Cząsteczki symetryczne mają symetryczny rozkład krążących elektronów. Wtedy w polu elektrycznym otrzymamy jądro i elektrony przesuwające się statystycznie w kierunku ładunku przeciwnego. Stanie się też dipolem. Jest to dipol indukowany, bo nie istniał wcześniej, ale efekt końcowy jest taki sam. Proces indukowania trwa szybko, a proces orientacji długo. Także powrót z indukcji jest dużo szybszy niż z orientacji. Mamy więc zjawisko polegające na polaryzacji dielektryków w zewnętrznym polu elektrycznym.
Niektóre z układów elektrycznych mają strukturę krystaliczną. Ze względu na oddziaływanie krystaliczne mogą podtrzymać polaryzację nadaną w polu. Takie materiały nazywamy ferroelektrykami. Generalnie większość dielektryków potrafi podtrzymać tę wartość.
Niektóre substancje zachowują się tak że wzmacniają pole zamiast osłabić. Nazywają się one paraelektykami. Nazwy te są przeniesieniem z własności magnetycznych, na których zresztą skoncentrujemy się później.
Wszystkie omówione substancje nie zawierają swobodnych nośników elektrycznych. Jeśli zawierają takie substancje otrzymujemy uporządkowany przepływ ładunku, zgodnie z działaniem sił pola, to mamy zjawisko nazywane prądem. Nie będziemy mówić o swobodnych cząsteczkach w próżni, choć też jest to prąd. Większość przewodników to metale. Charakteryzują się tym że elektrony walencyjne są bardzo słabe. W obecności sąsiadów nie wiedza do kogo należą. Zbiór elektronów walencyjnych nie jest przypisany konkretnym atomom.
W innych substancjach też możemy mieć nośniki swobodne, które jednak nie przemieszczają się tak dobrze jak w metalach. W półprzewodnikach (german, krzem) elektrony nie są uwspólnione całkowicie. Tylko jeden elektron został uwolniony i idzie inny elektron żeby zasypać tamtą dziur. Obserwujemy swoiste wędrowanie dziur.
W substancjach tych materiałów swobodnych jest mniej. W cieczy mogą się przemieszczać pewne jony. Są dosyć duże więc przemieszczają się wolniej. Proces ruchu jonów w materii cieczowej prowadzi do zjawiska zwanego elektrolizą i powstawania reakcji chemicznych. Wprowadzenie pewnego potencjału w sytuacji gdy mamy elektrolit, spowoduje przepływ prądu i wywoła reakcje chemiczne. Najprostszym przykładem jest woda która zawiera elektrolity czyli jony różnych substancji. Potencjały elektryczne mogą pojawiać się z różnych powodów. Nie możemy łączyć rur cynkowych i miedzianych. Wtedy występuje korozja. Procesy możemy obserwować też w geologii.
W sytuacji kiedy mamy ładunki mamy do czynienia z elektrodynamiką (magnetyzmem). Mówimy o polu magnetycznym, czyli modyfikacji przestrzennej wywołanej ruchem ładunków. W takim razie także przestrzeń oddziałuje na ładunek, zgodnie z trzecią zasadą dynamiki.
Pewne substancje stałe mają własności magnetyczne. Nazywano je magnesami. Jeżeli wnikniemy głębiej własności magnetyczne ciał stałych wynikają z ruchu ładunków ale na poziomie wewnętrznym i z tego że ten uporządkowany ruch może zostać podtrzymany.
Pole magnetyczne jest polem, które działa na ładunek poruszający się z pewną prędkością. W polu elektrycznym pole działa nawet na ładunek statyczny. W magnetyzmie jest więc tak, że działa dopiero na poruszające się ciało.
F=q v x B
Jest to iloczyn wektorowy prędkości i parametru które charakteryzuje pole (B- indukcja)
Regułą FBI siła, indukcja, prąd. Gdy prędkość jest równoległa do pola siła nie oddziałuje.
Przyczyną pola magnetycznego jest zjawisko, a nie obiekt. W związku z tym mówimy że pole to jest bezźródłowe. W przypadku pola magnetycznego nie ma źródła. Ładunek nie jest źródłem. Przyczyną jest ruch ładunku. Pole elektryczne biegnie od ładunku dodatniego do ujemnego lub do nieskończoności. Jeśli źródłem jest ładunek ujemny, biegnie z nieskończoności do ładunku ujemnego. Jeśli będziemy podążać za linią B wrócimy do tego samego punktu, tworzą zamknięte pętle, nawet jeśli sięgają odległych obszarów. Linie pola magnetycznego nigdy się nie przecinają.
Pole magnetyczne jest polem, którego linie tworzą koncentryczne okręgi w płaszczyznach prostopadłych do kierunku przepływu prądu. Przy przepływie prądu bardziej skomplikowanym, sumujemy kawałki na zasadzie superpozycji. Przewodnik zwinięty w kształcie sprężynki to solenoid. W takim układzie wytworzone pole jest bardzo zbliżone do pola wytworzonego przez magnesik sztabkowy. Kierunek pola jest określony jednak regułą prawej dłoni, w odróżnieniu od pola magnesiku. Poruszający się ładunek ulega wpływowi pola magnetycznego i sam wytwarza pole magnetyczne. Dwa poruszające się ładunki też będą na siebie oddziaływały, a poruszające się ładunki to prąd.
Wykonana przez siły zewnętrzne↩