I fenomeni elettrostatici sono noti sin dall'antichità e oggi si spiegano con la presenza nei corpi di cariche elettriche in quiete. Non è un caso che, quando si parla di questi fenomeni, si citi soprattutto l'ambra, la sostanza più nota tra quelle che li manifestano, così come non è un caso che il termine “elettricità” derivi dal greco électron, che significa appunto “ambra”.
Lo studio scientifico dell'elettricità iniziò solo nel secolo XVII con W. Gilbert che, nella sua opera De magnete (1600), per primo fece la distinzione tra attrazione elettrica e attrazione magnetica e classificò i corpi in due classi, a seconda che fossero o no in grado di attrarre altri corpi previo strofinio. Gilbert diede una spiegazione di questi fenomeni in termini di “effluvi” emanati dai corpi, in contrasto con i modelli vitalistici allora imperanti.

Per studiare meglio questi fenomeni vennero realizzate le prima macchine elettrostatiche (la prima fu quella di O. von Guericke) che consentivano di fare esperimenti. Tra il 1730 e il 1740, per merito di S. Gray e Ch. F. du Fay, vennero individuati due tipi di elettricità (vetrosa e resinosa). Più o meno nello stesso periodo apparvero i primi apparecchi per accumulare e imprigionare l'elettricità (la bottiglia di Leida, in pratica un condensatore) e fu accettata l'ipotesi di B. Franklin che considerava l'elettricità come un fluido.

I fenomeni elettrostatici

Gli effetti attrattivi o repulsivi tra corpi, provocati dallo strofinio tra sostanze diverse, oggi si spiegano mediante il trasferimento di cariche elettriche (cioè di elettroni) da un corpo all'altro. Infatti, durante lo strofinio, gli elettroni degli atomi più esterni delle due sostanze a contatto (per esempio il pezzetto di ambra e lo straccetto che viene strofinato su di esso) interagiscono e possono passare dall'una all'altra. Quando i due corpi vengono separati, una delle due sostanze avrà perduto un po' di elettroni a favore dell'altra (lo strofinamento non è però essenziale perché lo scambio di elettroni può avvenire anche per semplice contatto.)

Questi effetti, attrattivi o repulsivi che siano, potevano essere spiegati solo introducendo una nuova proprietà della materia: la carica elettrica. Normalmente i corpi macroscopici non sono dotati di carica e si attraggono secondo la legge della gravitazione; però, se vengono caricati tra essi insorgono forze elettriche che possono essere di gran lunga superiori alla forza gravitazionale. Per spiegare questo fenomeno fu introdotta la distinzione tra due tipi di carica, un tipo positivo e l'altro negativo, e il concetto di interazione elettrica tra le cariche: attrattiva tra cariche di segno opposto, repulsiva in caso contrario. Il merito della distinzione tra cariche elettriche e delle prime misure della forza di attrazione o repulsione va soprattutto a Ch. A. de Coulomb (fine secolo XVIII).

Le macchine elettrostatiche

Sono apparecchi che consentono di accumulare cariche elettriche fino a raggiungere differenze di potenziale molto elevate. Si distinguono in macchine a strofinio, che accumulano su due elettrodi diversi cariche elettriche prodotte da strofinamento, e in macchine a induzione, che sfruttano invece il fenomeno dell'induzione elettrostatica (ovvero l'alterarsi della distribuzione delle cariche elettriche in un conduttore a causa della presenza di un campo elettrico esterno).
La macchina di von Guericke (1679) era costituita da una sfera d'ambra che, ruotando e strusciando su una striscia di lana, si caricava di elettricità.
I modelli più recenti sono in genere costituiti da un disco di materiale isolante (per esempio polistirolo) che viene fatto ruotare e, strisciando tra due tamponi di lana, si carica elettricamente (e si caricano anche i tamponi, ma con carica di segno opposto a quella del disco). Le macchine di questo tipo sono oggi usate soprattutto come strumento didattico, in genere per mostrare come si creano le scariche elettriche, ma anche per mostrare gli effetti dell'attrazione elettrostatica (ad esempio sui capelli di chi si avvicina a un corpo elettricamente carico).

La macchina di van der Graaf (1929) è costituita da una cinghia di materiale isolante mantenuta in rapido e continuo movimento, sulla quale si depositano cariche elettriche emesse da punte metalliche collegate a un generatore. Muovendosi, la cinghia trasporta le cariche che si liberano per induzione elettrostatica quando la cinghia sfiora una punta posta all'interno di una grande sfera metallica; le cariche si accumulano così sulla sfera fino a raggiungere una carica elettrica molto elevata. Per evitare che la sfera si scarichi da sola (per esempio sulle pareti), l'apparecchio è in genere installato in camere molto ampie e con atmosfera costituita da gas isolanti.
La carica elettrica che si è accumulata sulla sfera (che può dar luogo a una differenza di potenziale anche di parecchi milioni di volt) viene in genere usata per alimentare un acceleratore lineare di particelle elementari.