Due cariche elettriche interagiscono tra di loro tramite una forza, detta forza elettrica. Nella seconda metà degli anni ottocento però Michael Faraday, grazie ai suoi esperimenti, capì che la presenza anche di una sola carica elettrica nello spazio permetteva di modificarne le proprietà fisiche. Se prendiamo, per esempio, una carica \(Q_1\), questa modificherà lo spazio circostante, infatti, se mettiamo un’altra carica \(Q_2\) “abbastanza vicino” a \(Q_1\), risentirà di questa modifica avvertendo una forza su di essa.
Si dice che una carica elettrica, o una distribuzione di cariche elettriche, genera attorno a se un campo elettrico, che modifica le proprietà dello spazio in modo tale che qualunque altra carica posta nelle vicinanze risenta di una forza elettrica.
Definiamo il campo elettrico e vediamo le sue proprietà.

Il campo elettrico

Per definire il campo elettrico poniamo una carica \(Q\) nello spazio e una carica di prova \(q\) nelle sue vicinanze, per vedere se la presenza di \(Q\) ha effetti su \(q\). Ricordiamo che una carica di prova è una carica puntiforme priva di dimensione, che modifica lo spazio in modo trascurabile rispetto alla carica \(Q\). Come visto, tra le due cariche agisce una forza elettrica, definita così

$$\vec{F}=\frac{1}{4\pi \epsilon_0}\frac{Qq}{r^2}\vec{u}$$


dove \(\epsilon_0\) è la costante dielettrica nel vuoto, \(r\) è la distanza tra le due cariche ed \(\vec{u}\) è il vettore che giace sulla retta che congiunge le due cariche e che ha verso dipendente dal loro segno.
Il campo elettrico della carica \(Q\) è definito come la forza elettrica appena vista diviso la carica di prova \(q\). Questa quantità non dipende dalla carica di prova presa, ma soltanto dalla carica generatrice. In formule abbiamo:

$$\vec{E}=\frac{\vec{F}}{q}=\frac{1}{4\pi \epsilon_0}\frac{Q}{r^2}\vec{u}$$


Poiché è definito tramite un vettore forza, anche il campo elettrico è una quantità vettoriale che ha stessa direzione della forza elettrica. Il verso, invece, varia a seconda del segno della carica di prova presa: se la carica di prova è positiva campo elettrico e forza hanno lo stesso verso, altrimenti hanno verso opposto.
Nel sistema internazionale si misura in Newton su Coulomb \(\biggl[\frac{N}{C}\biggl]\).

Linee di campo

Per visualizzare il campo elettrico viene rappresentato con delle linee di campo. Una carica elettrica, in generale, ha direzione dei vettori campo elettrico radiale rispetto a dove essa è concentrata: basta che ci immaginiamo la carica come una sfera, allora questi vettori saranno lungo il raggio della sfera. Essi hanno verso uscente se la carica generatrice del campo è positiva, entrante se è negativa. L’insieme di questi vettori prende il nome di linee del campo elettrico.
Si può verificare sperimentalmente che le linee sono molto più concentrate se si è nella prossimità della carica generatrice del campo, mentre sono meno concentrate se si è lontani da essa. In termini fisici questo fenomeno si traduce nel fatto che l’intensità del campo elettrico è molto forte se si è vicini alla carica che lo genera, mentre è debole se si è abbastanza lontani: se poniamo una carica dentro un campo elettrico questa risentirà molto di più della sua azione se è vicina alla carica generatrice, mentre di meno se è lontana.