Vad är ett elektriskt fält?

Ett elektriskt fält kan betraktas som påverkanssfären för ett elektriskt laddat föremål. Allt som har en elektrisk laddning kommer att påverka, och påverkas av, andra laddade kroppar. Om två laddade föremål placeras tillräckligt nära varandra kommer var och en att uppleva en mätbar kraft som verkar på den. Fältet är teoretiskt oändligt i omfattning, men dess storlek minskar med avståndet från källan enligt den omvända kvadratlagen. Det betyder att om avståndet fördubblas delas fältets styrka med fyra, och vid tre gånger avståndet divideras styrkan med nio, och så vidare; fältet blir därför försumbart på stora avstånd.

Eftersom en elektrisk laddning kan vara positiv eller negativ är det elektriska fältet ett vektorfält, vilket betyder att det har en riktning såväl som en storlek. Två elektriskt laddade föremål kommer att uppleva en frånstötande kraft om de har samma typ av laddning och en attraktionskraft om de har olika typer av laddning. Kraften som upplevs av ett laddat föremål i ett elektriskt fält kan beräknas som F = Ekv, där F är kraften i Newton, E är det elektriska fältet i volt per meter (v/m) och q är laddningen i Coulombs. Denna ekvation kan omarrangeras för att ge fältets styrka, E, i volt per meter: E = F/q. Dessa exempel gäller små, punktliknande föremål; för mer komplexa eller flera laddade kroppar är beräkningarna mer komplicerade.

Riktningen för ett elektriskt fält definieras som den riktning i vilken den elektriska kraften skulle kännas av ett föremål med en positiv laddning placerat i fältet. Således skulle fältet peka bort från en positiv laddning och mot en negativ laddning, eftersom lika laddningar stöter bort och till skillnad från laddningar attraherar. I fallet med två kroppar med samma typ av laddning, skulle var och en uppleva en kraft – som kan beräknas med F = Ekv-ekvationen – riktad bort från det andra objektet. Omvänt, för två motsatt laddade kroppar, skulle var och en uppleva en kraft riktad mot det andra föremålet.

En elektrisk fältlinje kan ritas med en pil som pekar bort från en positiv laddning och pekar mot en negativ laddning. Således skulle ett positivt laddat objekt avbildas med fältlinjer som pekar bort från det i alla riktningar, och ett negativt laddat objekt med fältlinjer som konvergerar mot det. Detta är dock bara en konvention och indikerar inte att det finns något fysiskt som pekar i en viss riktning.

Konceptet med ett elektriskt fält som beskrivs ovan är en del av den ”klassiska” fysiken. Den klassiska beskrivningen fungerar bra för vardagliga applikationer, men förklarar inte vad som faktiskt händer när laddade föremål attraherar eller stöter bort varandra. En gren av kvantteorin känd som kvantelektrodynamik (QED), försöker göra detta i termer av utbyte av fotoner, bärarna av den elektromagnetiska kraften.