Një fushë elektrike është një rajon rreth një ngarkese elektrike ku një forcë përjetohet nga ngarkesa të tjera. Kjo fushë është një fushë vektoriale, që do të thotë se ka edhe madhësinë dhe drejtimin. Fushat elektrike janë thelbësore në studimin e elektrostatikës dhe ofrojnë njohuri kritike se si ngarkesat ndërveprojnë me njëra-tjetrën. Këto ndërveprime janë gurthemeli i shumë fenomeneve në fizikë dhe inxhinieri.
Fushat elektrike krijohen nga ngarkesat elektrike ose nga fusha të ndryshme magnetike. Fuqia e një fushe elektrike \(E\) në një pikë të hapësirës përcaktohet si forca \(F\) për njësi ngarkesë \(q\) e përjetuar nga një ngarkesë e vogël testuese pozitive e vendosur në atë pikë, e shprehur matematikisht si: \( E = \frac{F}{q} \) Drejtimi i fushës është drejtimi i forcës që do të përjetonte një ngarkesë testuese pozitive nëse vendoset në fushë.
Fusha elektrike për shkak të një ngarkese pika \(Q\) në një distancë \(r\) nga ngarkesa jepet nga ligji i Kulombit: \( E = \frac{kQ}{r^2} \) ku \(k\) është konstanta e Kulombit \(8.987 \times 10^9\, \textrm{N m}^2/\textrm{C}^2\) , \(Q\) është madhësia e ngarkesës dhe \(r\) është distanca nga ngarkesa deri në pikën ku llogaritet fusha. Drejtimi i fushës është radial dhe larg ngarkesës nëse \(Q\) është pozitiv dhe drejt ngarkesës nëse \(Q\) është negativ.
Linjat e fushës elektrike janë vija imagjinare të tërhequra në atë mënyrë që drejtimi i tyre në çdo pikë është i njëjtë me drejtimin e fushës në atë pikë. Ato ofrojnë një mënyrë për të vizualizuar fushat elektrike. Rregullat për vizatimin e linjave të fushës elektrike janë si më poshtë:
Kur kemi të bëjmë me fushën elektrike ndërmjet dy ngarkesave pika, fusha elektrike neto në një pikë është shuma vektoriale e fushave të krijuara nga secila ngarkesë në mënyrë të pavarur. Për ngarkesat e së njëjtës shenjë, vijat e fushës sprapsin njëra-tjetrën, ndërsa për ngarkesat e kundërta, vijat drejtohen nga ngarkesa pozitive në negative, duke treguar tërheqje.
Një fushë elektrike uniforme është ajo në të cilën forca e fushës është e njëjtë në çdo pikë të fushës. Kjo zakonisht përfaqësohet nga vija paralele, të barabarta. Një shembull i zakonshëm i një fushe elektrike uniforme është fusha midis dy pllakave të mëdha përcjellëse paralele me ngarkesa të kundërta. Forca e fushës në një fushë elektrike uniforme mund të llogaritet si: \( E = \frac{V}{d} \) ku \(V\) është diferenca potenciale midis pllakave dhe \(d\) është distanca që ndan ato.
Një dipol elektrik përbëhet nga dy ngarkesa të barabarta dhe të kundërta të ndara nga një distancë e vogël. Modeli i fushës për një dipol tregon vija që fillojnë me ngarkesën pozitive dhe përfundojnë me ngarkesën negative. Linjat jashtë dipolit janë të ngjashme me ato të një ngarkese të vetme në distanca të mëdha, por në rajonin midis ngarkesave, linjat shfaqin një model të veçantë që kthen nga jashtë përpara se të lakohet përsëri drejt ngarkesës negative. Ky model ilustron natyrën jo uniforme të fushës elektrike rreth një dipoli.
Kuptimi i modeleve të fushës elektrike është kritik në projektimin dhe analizimin e pajisjeve të ndryshme elektrike dhe elektronike. Nga dizajni i thjeshtë i kondensatorëve me fusha elektrike uniforme deri te strukturat komplekse në pajisjet gjysmëpërçuese ku kontrolli i modeleve të fushës elektrike është thelbësor për funksionimin e tyre. Për më tepër, modelet e fushës elektrike ndihmojnë në kuptimin e fenomeneve në fizikën e plazmës, formimin e vetëtimave dhe madje edhe në sistemet biologjike ku fushat elektrike përdoren në transmetimin e sinjalit nervor.
Për të vizualizuar modelet e fushës elektrike, një eksperiment i zakonshëm është vendosja e një letre përçuese midis dy elektrodave të lidhura me një furnizim me energji elektrike dhe spërkatja e pluhurit të likopodiumit në letër. Kur aplikohet një tension, pluhuri rregullohet përgjatë vijave të fushës elektrike, duke lejuar që modelet të vëzhgohen drejtpërdrejt. Ky eksperiment demonstron parimet e linjave dhe modeleve të fushës elektrike në një mënyrë të prekshme.
Modelet e fushës elektrike ofrojnë një kornizë vizuale dhe matematikore për të kuptuar ndërveprimet midis grimcave të ngarkuara. Pavarësisht nëse është llogaritja e forcës në një ngarkesë në një fushë elektrike uniforme ose analizimi i modeleve komplekse në fushat dipole, koncepti i fushave elektrike dhe modelet e tyre është një gur themeli në studimin e elektrostatikës dhe elektromagnetizmit në tërësi.
