Le concept de champ électrique a été introduit par Michael Faraday. Un champ électrique est créé par un corps chargé dans l’espace qui l’entoure, et se traduit par une force exercée sur toute autre charge placée dans le champ. Le champ électrique agit entre deux charges de la même manière que le champ gravitationnel entre deux masses, et il s’étend vers l’infini en présentant une relation inverse du carré avec la distance. La gravité agit toujours par attraction, rapprochant deux masses, tandis que le champ électrique peut entraîner soit une attraction, soit une répulsion. Comme les grands corps tels que les planètes ne portent généralement pas de charge nette, le champ électrique à distance est généralement nul. La gravité est donc la force dominante à distance dans l’univers, bien qu’elle soit beaucoup plus faible. Le champ électrique se mesure en volts par mètre.
Un champ électrique varie généralement dans l’espaceb et son intensité en un point donné est définie comme la force (par unité de charge) qui serait ressentie par une charge stationnaire négligeable si elle était placée en ce point. La charge conceptuelle, appelée « charge d’essai », doit être infiniment petite pour éviter que son propre champ électrique ne perturbe le champ principal et doit également être stationnaire pour éviter l’effet des champs magnétiques. Comme le champ électrique est défini en termes de force, et que la force est un vecteur, ayant à la fois une magnitude et une direction, il s’ensuit qu’un champ électrique est un champ de vecteurs.
L’étude des champs électriques créés par des charges stationnaires est appelée électrostatique. Le champ peut être visualisé par un ensemble de lignes imaginaires dont la direction en tout point est la même que celle du champ. Ce concept a été introduit par Faraday, dont l’expression « lignes de force » est encore parfois utilisée. Les lignes de champ sont les chemins qu’une charge positive ponctuelle chercherait à emprunter lorsqu’elle est forcée de se déplacer dans le champ ; il s’agit cependant d’un concept imaginaire sans existence physique, et le champ imprègne tout l’espace intermédiaire entre les lignes. Les lignes de champ émanant de charges stationnaires ont plusieurs propriétés essentielles : premièrement, elles naissent à des charges positives et se terminent à des charges négatives ; deuxièmement, elles doivent pénétrer dans tout bon conducteur à angle droit ; et troisièmement, elles ne peuvent jamais se croiser ni se refermer sur elles-mêmes. Un corps conducteur creux porte toute sa charge sur sa surface extérieure. Le champ est donc nul en tout point du corps.
Les principes de l’électrostatique sont importants lors de la conception d’équipements à haute tension. Il existe une limite finie à l’intensité du champ électrique que peut supporter un milieu quelconque. Au-delà de cette limite, une rupture électrique se produit et un arc électrique provoque un embrasement entre parties chargées. L’air, par exemple, a tendance à former un arc à travers de petits espaces lorsque l’intensité du champ électrique dépasse 30 kV par centimètre, ce qui représente la limite de sa rigidité diélectrique. La manifestation naturelle la plus visible de ce phénomène est la foudre, qui se produit lorsque la charge est séparée dans les nuages par des colonnes d’air ascendantes et que le champ électrique dans l’air est supérieur à ce qu’il peut supporter. La tension d’un grand nuage de foudre peut atteindre 100 MV et son énergie de décharge peut atteindre 250 kWh.
L’intensité du champ est fortement influencée par la proximité d’objets conducteurs, et elle est particulièrement forte lorsqu’elle est forcée de s’incurver autour d’objets pointus. Ce principe est exploité dans le paratonnerre, dont la pointe acérée a pour effet d’encourager le coup de foudre à se développer à cet endroit, plutôt que vers le bâtiment qu’il sert à protéger.
Excellent travail