สนามไฟฟ้าคือบริเวณรอบๆ ประจุไฟฟ้าซึ่งมีแรงเกิดขึ้นจากประจุอื่น สนามนี้เป็นสนามเวกเตอร์ ซึ่งหมายความว่าสนามมีทั้งขนาดและทิศทาง สนามไฟฟ้าเป็นพื้นฐานในการศึกษาไฟฟ้าสถิตย์และให้ข้อมูลเชิงลึกที่สำคัญว่าประจุมีปฏิกิริยาต่อกันอย่างไร ปฏิสัมพันธ์เหล่านี้เป็นรากฐานสำคัญของปรากฏการณ์มากมายในฟิสิกส์และวิศวกรรม
สนามไฟฟ้าถูกสร้างขึ้นโดยประจุไฟฟ้าหรือจากสนามแม่เหล็กที่แตกต่างกัน ความแรงของสนามไฟฟ้า \(E\) ที่จุดหนึ่งในอวกาศถูกกำหนดให้เป็นแรง \(F\) ต่อหน่วยประจุ \(q\) ที่เกิดขึ้นจากประจุทดสอบบวกจำนวนเล็กน้อยที่วาง ณ จุดนั้น ซึ่งแสดงทางคณิตศาสตร์เป็น: \( E = \frac{F}{q} \) ทิศทางของสนามคือทิศทางของแรงที่ประจุทดสอบบวกจะได้รับหากวางไว้ในสนาม
สนามไฟฟ้าเนื่องจากประจุจุด \(Q\) ที่ระยะห่าง \(r\) จากประจุกำหนดไว้ตามกฎของคูลอมบ์: \( E = \frac{kQ}{r^2} \) โดยที่ \(k\) คือค่าคงที่ของคูลอมบ์ \(8.987 \times 10^9\, \textrm{เอ็น ม}^2/\textrm{ค}^2\) , \(Q\) คือขนาดของประจุ และ \(r\) คือระยะทางจากประจุถึงจุดที่กำลังคำนวณฟิลด์ ทิศทางของสนามเป็นรัศมีและอยู่ห่างจากประจุหาก \(Q\) เป็นบวกและเป็นไปในทิศทางของประจุหาก \(Q\) เป็นลบ
เส้นสนามไฟฟ้าคือเส้นสมมุติที่ลากในลักษณะที่มีทิศทางที่จุดใดๆ เหมือนกับทิศทางของสนามที่จุดนั้น พวกมันให้วิธีการเห็นภาพสนามไฟฟ้า กฎสำหรับการวาดเส้นสนามไฟฟ้ามีดังนี้
เมื่อต้องรับมือกับสนามไฟฟ้าระหว่างประจุสองจุด สนามไฟฟ้าสุทธิที่จุดหนึ่งคือผลรวมเวกเตอร์ของสนามที่สร้างขึ้นโดยแต่ละประจุแยกจากกัน สำหรับประจุที่มีสัญลักษณ์เดียวกัน เส้นสนามจะผลักกัน ในขณะที่ประจุตรงข้าม เส้นจะพุ่งจากประจุบวกไปยังประจุลบ เพื่อแสดงถึงแรงดึงดูด
สนามไฟฟ้าสม่ำเสมอคือสนามที่มีความแรงของสนามเท่ากันทุกจุดในสนาม โดยปกติจะแสดงด้วยเส้นขนานที่มีระยะห่างเท่ากัน ตัวอย่างทั่วไปของสนามไฟฟ้าสม่ำเสมอคือสนามระหว่างแผ่นตัวนำขนาดใหญ่สองแผ่นขนานกันซึ่งมีประจุตรงกันข้าม ความแรงของสนามไฟฟ้าในสนามไฟฟ้าสม่ำเสมอสามารถคำนวณได้ดังนี้: \( E = \frac{V}{d} \) โดยที่ \(V\) คือความต่างศักย์ระหว่างแผ่นเปลือกโลก และ \(d\) คือระยะห่างระหว่างกัน พวกเขา.
ไดโพลไฟฟ้าประกอบด้วยประจุที่เท่ากันและตรงข้ามกันสองประจุซึ่งแยกจากกันด้วยระยะห่างเล็กน้อย รูปแบบสนามของไดโพลจะแสดงเส้นที่เริ่มต้นที่ประจุบวกและสิ้นสุดที่ประจุลบ เส้นที่อยู่ด้านนอกไดโพลนั้นคล้ายคลึงกับเส้นของประจุเดี่ยวในระยะทางไกล แต่ในบริเวณระหว่างประจุ เส้นต่างๆ จะแสดงรูปแบบที่ชัดเจนซึ่งจะโค้งออกไปด้านนอกก่อนที่จะโค้งกลับไปหาประจุลบ รูปแบบนี้แสดงให้เห็นถึงธรรมชาติที่ไม่สม่ำเสมอของสนามไฟฟ้ารอบไดโพล
การทำความเข้าใจรูปแบบสนามไฟฟ้าถือเป็นสิ่งสำคัญในการออกแบบและวิเคราะห์อุปกรณ์ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ ตั้งแต่การออกแบบตัวเก็บประจุแบบเรียบง่ายที่มีสนามไฟฟ้าสม่ำเสมอไปจนถึงโครงสร้างที่ซับซ้อนในอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ซึ่งการควบคุมรูปแบบสนามไฟฟ้าเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการทำงาน นอกจากนี้ รูปแบบของสนามไฟฟ้ายังช่วยในการทำความเข้าใจปรากฏการณ์ในฟิสิกส์ของพลาสมา การเกิดฟ้าผ่า และแม้แต่ในระบบทางชีววิทยาที่ใช้สนามไฟฟ้าในการส่งสัญญาณประสาท
เพื่อให้เห็นภาพรูปแบบสนามไฟฟ้า การทดลองทั่วไปประการหนึ่งคือการวางกระดาษที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าระหว่างอิเล็กโทรดสองตัวที่เชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟ และโรยผงไลโคโพเดียมลงบนกระดาษ เมื่อใช้แรงดันไฟฟ้า ผงจะจัดเรียงตัวเองตามแนวสนามไฟฟ้า ทำให้สามารถสังเกตรูปแบบได้โดยตรง การทดลองนี้สาธิตหลักการของเส้นและรูปแบบของสนามไฟฟ้าอย่างเป็นรูปธรรม
รูปแบบของสนามไฟฟ้าเป็นกรอบทางภาพและทางคณิตศาสตร์เพื่อทำความเข้าใจปฏิกิริยาระหว่างอนุภาคที่มีประจุ ไม่ว่าจะเป็นการคำนวณแรงต่อประจุในสนามไฟฟ้าสม่ำเสมอหรือการวิเคราะห์รูปแบบที่ซับซ้อนในสนามไดโพล แนวคิดของสนามไฟฟ้าและรูปแบบของสนามไฟฟ้าถือเป็นรากฐานที่สำคัญในการศึกษาไฟฟ้าสถิตและแม่เหล็กไฟฟ้าโดยรวม
