Una carga eléctrica se encuentra siempre rodeada por un campo eléctrico. Las cargas de diferente signo se atraen y las de igual signo se rechazan, aun cuando se encuentren separadas. Esto quiere decir que las cargas eléctricas influyen sobre la región que está a su alrededor; la región de influencia recibe el nombre de campo eléctrico. El campo eléctrico es invisible, pero su fuerza ejerce acciones sobre los cuerpos cargados y por ello es fácil detectar su presencia, así como medir su intensidad.
El electrón y todos los cuerpos electrizados tienen a su alrededor un campo eléctrico cuya fuerza se manifiesta sobre cualquier carga cercana a su zona de influencia. El campo eléctrico es inherente a la naturaleza del electrón e independiente de sus movimientos. No así el campo magnético que aparece sólo cuando el electrón está en movimiento. Como el campo eléctrico no se puede ver, el inglés Michael Faraday introdujo, en 1823, el concepto de líneas de fuerza, para poder representarlo gráficamente (figuras 12.15, 12.16, 12.17 y 12.18).
En la figura 12.15 las líneas de fuerza que representan al campo eléctrico de una carga positiva salen radialmente de la carga, mientras en una carga negativa (figura 12.16) las líneas de fuerza llegan de modo radial a la carga. Éstas pueden dibujarse de tal manera que señalen, además de su dirección y sentido, el punto más intenso del campo eléctrico. Para ello, las líneas de fuerza estarán más juntas entre sí cuando el campo eléctrico sea intenso y más separadas al disminuir la intensidad.
Intensidad del campo eléctrico
Para poder interpretar cómo es la intensidad del campo eléctrico producido por una carga eléctrica, se emplea una carga positiva (por convención) de valor muy pequeño llamada carga de prueba, de esta manera sus efectos, debido a su propio campo eléctrico, se pueden despreciar. Esa pequeña carga de prueba q se coloca en el punto del espacio a investigar (figura 12.19). Si la carga de prueba recibe una fuerza de origen eléctrico, diremos que en ese punto del espacio existe un campo eléctrico cuya intensidad E es igual a la relación dada entre la fuerza F y el valor de dicha carga de prueba q. Por tanto:
Como se observa, la intensidad del campo eléctrico E es una magnitud vectorial, toda vez que la fuerza F también lo es, por ello, los campos eléctricos se suman vectorialmente. Así pues, la dirección y sentido del vector representativo de la intensidad del campo eléctrico en un punto será igual a la de la fuerza que actúa en ese punto sobre la carga de prueba, la cual, como señalamos, es positiva por convención (figuras 12.19, 12.20 y 12.21). La magnitud de la intensidad del campo eléctrico E no es constante, sino que disminuye a medida que aumenta la distancia. Sin embargo, la magnitud de E será el mismo para todos los puntos con igual distancia del centro de una carga.
Cuando se tiene un cuerpo esférico cargado eléctricamente cuyas dimensiones posibilitan suponerla como una carga puntual (la cual tiene un cuerpo cargado de pequeñas dimensiones), la magnitud de la intensidad de su campo eléctrico en determinado punto a su alrededor se determina basándonos en que toda la carga de la esfera está reunida en su centro como si fuera una carga puntual. Si se desea calcular la intensidad del campo eléctrico E a una determinada distancia r de una carga q (figura 12.22), se considera que una carga de prueba q’ colocada a dicha distancia recibe una fuerza F debida a q y, de acuerdo con la ley de Coulomb, su magnitud se calcula con la expresión siguiente:
En caso de tener la presencia de más de una carga eléctrica (figura 12.23) el vector resultante de la intensidad del campo eléctrico en un punto P, será igual a la suma vectorial de cada uno de los campos producidos individualmente por cada carga. Así:
