Campo eléctrico y unidades de campo eléctrico

El campo eléctrico es un campo físico que es representado mediante un modelo que describe la interacción entre cuerpos y sistemas con propiedades de naturaleza eléctrica.¹ Matemáticamente se describe como un campo vectorial en el cual unacarga eléctrica puntual de valor q sufre los efectos de una fuerza eléctrica  dada por la siguiente ecuación:

(1)

En los modelos relativistas actuales, el campo eléctrico se incorpora, junto con el campo magnético, en campo tensorialcuadridimensional, denominado campo electromagnético F^μν.²

Los campos eléctricos pueden tener su origen tanto en cargas eléctricas como en campos magnéticos variables. Las primeras descripciones de los fenómenos eléctricos, como la ley de Coulomb, sólo tenían en cuenta las cargas eléctricas, pero las investigaciones de Michael Faraday y los estudios posteriores de James Clerk Maxwell permitieron establecer las leyes completas en las que también se tiene en cuenta la variación del campo magnético.

Esta definición general indica que el campo no es directamente medible, sino que lo que es observable es su efecto sobre alguna carga colocada en su seno. La idea de campo eléctrico fue propuesta por Faraday al demostrar el principio de inducción electromagnética en el año 1832.

La unidad del campo eléctrico en el SI es Newton por Culombio (N/C), Voltio por metro (V/m) o, en unidades básicas, kg·m·s⁻³·A⁻¹.

La unidad de campo eléctrico podría fácilmente deducirse de la siguiente fórmula:

El cociente de una fuerza electrostática F y una carga eléctrica Q. Que tiene unidades deNewton / Coulombio
Para expresar la unidad de campo eléctrico se pueden utilizar otras magnitudes, que ayudarán a que el concepto de campo eléctricoquede más claro.
Una carga ubicada en un campo eléctrico E, es afectada por éste y se ejercerá sobre ella una fuerza F. Ahora, si esta carga se desplaza una distancia "d" entre los puntos A y B, en sentido opuesto a la fuerza, se habrá realizado un trabajo (W).
El trabajo realizado está definido por lo siguiente: Trabajo = Fuerza x distancia, entonces la fórmula queda:

W = F x d = Q x E x d

ya que F = Q x E (despejando F de la fórmula que aparece al principio de la página).
Manipulando la fórmula anterior se obtiene: W / Q = E x d.
La expresión E x d se llama diferencia de potencial entre los puntos A y B, y se representa como V_AB. Entonces V_AB = E x d.
Despejando el campo eléctrico de la última ecuación se obtiene: E = V_AB/d y la unidad es: voltios/metros

Ley de Gauss

Artículo principal: Ley de Gauss

Para conocer una de las propiedades del campo eléctrico se estudia que ocurre con el flujo de éste al atravesar una superficie. El flujo de un campo Φ se lo obtiene de la siguiente manera:

(8)

donde  es el diferencial de área en dirección normal a la superficie. Aplicando la ecuación (7) en (8) y analizando el flujo a través de una superficie cerrada se encuentra que:

(9)

donde Q_enc es la carga encerrada en esa superficie. La ecuación (9) es conocida como la ley integral de Gauss y su forma derivada es:

(10)

donde ρ es la densidad volumétrica de carga. Esto indica que el campo eléctrico diverge hacia una distribución de carga; en otras palabras, que el campo eléctrico comienza en una carga y termina en otra.¹

Esta idea puede ser visualizada mediante el concepto de líneas de campo. Si se tiene una carga en un punto, el campo eléctrico estaría dirigido hacia la otra carga.