Điện trường là vùng xung quanh một vật nhiễm điện mà ở đó các vật nhiễm điện khác có thể cảm nhận được tác dụng của điện tích đó. Điện trường là trọng tâm của nghiên cứu tĩnh điện và vật lý, cung cấp khái niệm cơ bản giải thích cách các điện tích tương tác trong khoảng cách. Những trường này vô hình nhưng tác dụng của chúng rất thực tế, ảnh hưởng đến hoạt động của các hạt và vật thể tích điện trong thế giới hàng ngày của chúng ta.
Điện trường phát ra từ các điện tích và mở rộng vô tận trong không gian, cường độ giảm dần khi khoảng cách từ điện tích tăng lên. Hướng của trường được định nghĩa là hướng mà một điện tích dương thử nghiệm sẽ di chuyển nếu được đặt trong trường. Do đó, điện trường xung quanh điện tích dương tỏa ra ngoài, trong khi điện trường xung quanh điện tích âm hội tụ vào trong.
Cường độ của điện trường có thể được mô tả bằng toán học bằng phương trình:
\( E = \dfrac{F}{q} \)Ở đâu:
Mối quan hệ này minh họa rằng điện trường là thước đo lực trên một đơn vị điện tích chịu tác dụng bởi một điện tích thử nghiệm đặt trong điện trường.
Điện trường ( \(E\) ) gây ra bởi một điện tích điểm (Q) có thể được tính bằng định luật Coulomb:
\( E = \dfrac{k \cdot Q}{r^2} \)Ở đâu:
Điện trường có thể được hình dung bằng cách sử dụng các đường sức điện . Những đường này là một công cụ hình ảnh dùng để biểu diễn hướng và cường độ của điện trường. Mật độ của các đường biểu thị cường độ của trường - các đường càng gần cho thấy trường mạnh hơn. Hướng của các đường biểu thị hướng của lực mà điện tích thử dương sẽ chịu.
Tổng điện trường được tạo bởi nhiều điện tích là tổng vectơ của các trường riêng lẻ được tạo bởi mỗi điện tích. Nguyên lý chồng chất này cho phép chúng ta tính toán các điện trường phức tạp được tạo ra bởi hệ thống các vật tích điện.
Điện trường đóng một vai trò quan trọng trong nhiều hiện tượng công nghệ và tự nhiên:
Một thí nghiệm đơn giản để hình dung điện trường bao gồm việc rắc những mảnh giấy nhỏ lên một tấm acrylic đặt trên máy phát điện Van de Graaff. Khi bật máy phát điện, điện trường được tạo ra sẽ làm cho các bit giấy thẳng hàng dọc theo các đường sức điện, cung cấp một biểu diễn trực quan của mẫu điện trường.
Điện trường là một phần không thể thiếu để hiểu được sự tương tác giữa các hạt tích điện. Bằng cách khám phá các khái niệm về cường độ trường, hướng và nguyên lý chồng chất, chúng ta hiểu rõ hơn về các lực chi phối hành vi của điện tích trong cả hệ thống tự nhiên và nhân tạo. Thông qua các mối quan hệ toán học và các mô hình trực quan như đường sức, điện trường trở thành cầu nối kết nối tĩnh điện lý thuyết với các ứng dụng thực tế trong vật lý và hơn thế nữa.
