Une charge électrique crée un champ électrique dans l'espace qui l'entoure. Lorsque nous approchons une deuxième particule chargée, celle-ci ne va pas interagir directement avec la première, mais plutôt réagir au champ dans lequel elle se trouve. De cette façon, le champ joue le rôle d'intermédiaire entre les particules chargées.
L'unité de charge adoptée par le Système International est le coulomb (C), ce qui représente une valeur assez élevée puisque la charge d'un électron est -1.60219E-19 C.
Nous pouvons obtenir la configuration du champ créé par une charge ponctuelle statique Q en mesurant la force agissant en divers points sur une petite charge d'essai q. Le vecteur champ électrique, E, est la force par unité de charge placée en ce point:
Le champ électrique est dans la même direction que la force agissant sur une charge d'essai positive et dans le sens opposé si la charge d'essai est négative. Ainsi, les lignes de champ (ou lignes de force), se dirigent des charges positives vers les charges négatives. Le champ électrique créé par une charge ponctuelle Q est:
où
Nous pouvons appliquer le principe de superposition au champ électrique. Ainsi, pour calculer en un point le champ créé par un système de charges, nous devons d'abord déterminer séparément les champs électriques dus à chacune des charges prises individuellement, ce qui donne, pour un ensemble de n charges:
Un moyen amusant de visualiser la configuration du champ électrique consiste à parsemer des semences de gazon à la surface d'un liquide, de l'huile par exemple. Lorsqu'on immerge dans le liquide des électrodes (pôles positif et négatif d'un générateur électrique) fortement chargées, les semences s'orientent dans la direction du champ.
Enfin, notons que dans l'expérience décrite ci-dessus, tout comme pour cette simulation par ordinateur, nous obtenons une coupe transversale plane d'un champ à trois dimensions.
F
E = --- (newton/coulomb)
q
Q
E = -------------- iR
4*(pi)*E0*R²
Q est la valeur de la charge ponctuelle statique à l'origine du champ électrique.
R est la distance entre la charge Q et le point à partir duquel nous mesurons le champ électrique.
E0 est une constante environ égale à 8.854E-12 C²/N*m².
iR est un vecteur unitaire situé sur la ligne reliant les deux points sous considérations.
Q1 Q2 Qn
E = -------------- iR1 + --------------- iR2 + ... + -------------- iRn
4*(pi)*E0*R1² 4*(pi)*E0*R2² 4*(pi)*E0*Rn²