Şekil 2.3’teki gibi mıknatıslar arasındaki kuvvet, manyetik alan sayesinde gerçekleşir. Elektrik yükleri de aralarında temas olmadan birbirine kuvvet uygular. Bu durum, manyetik alan şiddetine benzer şekilde elektrik yüklerinin de etrafında etki oluşturan bir elektrik alan olduğunu düşündürür.
Uzayın herhangi bir bölgesinde bulunan durgun elektrik yüküne etkiyen bir kuvvet varsa o bölgede bir elektrik alan vardır. K noktasındaki +q elektrik yüküne, etrafında pozitif veya negatif yüklü bir cisim yoksa elektriksel kuvvet etki etmez. Ancak +q yükünün yakınına qo yükü yerleştirilirse yükler arasında bir elektriksel kuvvet oluşur (Şekil 2.4.a). Yüklü parçacıklar arasındaki uzaklık arttırılırsa kuvvetin büyüklüğü belli bir uzaklıktan sonra hissedilmeyecek kadar azalmış olur. Bir yükün kuvvet etkisini gösterebildiği yükü saran uzay bölgesine elektrik alan denir. q0 yükü kaldırılırsa +q yükünün etkisinden dolayı L noktasında oluşan elektrik alan varlığını sürdürür. Bir noktanın elektrik alan büyüklüğünü belirlemek için o noktaya +1 C’luk test yükü yerleştirilir. Bu test yüküne etki eden elektriksel kuvvetin büyüklüğü, +q yükünün o noktadaki elektrik alan şiddeti (elektrik alan büyüklüğü) olarak kabul edilir. Buna göre bir yükün pozitif birim yüke (+1C) uyguladığı elektriksel kuvvete o noktadaki elektrik alan şiddeti denir. Elektrik alan E sembolü ile gösterilir (Şekil 2.4.b). Vektörel bir büyüklüktür.
Elektrik alanın SI’daki birimi N/C’dur. Herhangi bir yükün bir noktada oluşturduğu elektrik alanın yönü o noktadaki +1 C’luk yüke etki eden kuvvet yönündedir. +q yükünün kendisinden d kadar uzağındaki M noktasında oluşturduğu elektrik alanın yönü yükten dışa doğrudur (Şekil 2.5.a). -q yükünün kendisinden d kadar uzağındaki N noktasında oluşturduğu elektrik alanın yönü ise yüke doğrudur (Şekil 2.5.b).
Bir noktada oluşan elektrik alan, etrafındaki her bir yükün o noktada oluşturduğu elektrik alanların vektörel toplamına eşittir. q1 yükü (+) olduğu için K noktasında E1 elektrik alanı oluşturur. q2 yükü (-) olduğu için K noktasında E2 elektrik alanı oluşturur. K noktasındaki bileşke elektrik alan E1 ve E2 elektrik alanlarının bileşkesi olan E kadar olur (Şekil 2.6).
Elektrik alan çizgileri, elektrik alan kavramını daha somut hâle getirmek amacıyla oluşturulmuş modellemelerdir. Elektrik alan çizgilerini ortaya atan ilk kişi İngiliz Bilim İnsanı Michael Faraday’dir (Maykıl Feredey). Faraday “kuvvet çizgileri” terimini kullanmıştır. Ancak alan çizgileri daha uygun bulunmuştur ve günümüzde de bu şekilde kullanılmaktadır. Elektrik alan modelleri; yükün işaretine, büyüklüğüne ve sistemdeki yük sayısına göre farklılık gösterir. Elektrik alan çizgileri, elektrik alanın incelenmesi ve değerlendirilmesinde kolaylık sağladığı için genellikle iki boyutta çizilir. Ancak bir yükün elektrik alan, o yükün etkisini gösterebildiği ve çevresini saran uzay parçasında olduğundan üç boyutlu olarak da çizilebilir.
Pozitif noktasal yükün oluşturduğu elektrik alan çizgilerinin yönü yükten dışarıya doğru (Şekil 2.7.a), negatif noktasal yükün oluşturduğu elektrik alan çizgilerinin yönü yüke doğru (Şekil 2.7.b) olur. Yükün büyüklüğü iki katına çıkarsa etrafındaki elektrik alan çizgilerinin sayısı da iki katına çıkar (Şekil 2.7.c). Çizgi sayısı yükün büyüklüğü ile doğru orantılıdır.
Elektrik alan çizgileri herhangi bir (+) yüklü parçacıktan çıkıp herhangi bir (–) yüklü parçacıkta son bulur. Alan çizgileri yüzeye değdiği noktaya daima diktir. Alan çizgileri, elektrik alan şiddetinin arttığı yerde sık; azaldığı yerde seyrek çizilir. Eşit büyüklükteki pozitif ya da negatif iki noktasal yük etrafında elektrik alan çizgileri Şekil 2.8’deki gibi gösterilir
Elektrik alan içindeki herhangi bir noktadaki elektrik alan vektörü, o noktadan geçen alan çizgisine teğettir. Elektrik alan içindeki herhangi bir noktada yalnız bir bileşke elektrik alan oluşur (Şekil 2.9). Bu nedenle bir noktadan yalnız bir elektrik alan çizgisi geçer. (+) yükten çıkan alan çizgisinin (-) yükte son bulması gerekir. Bu nedenle Şekil 2.10’daki +2q yükünden çıkan çizgilerin ancak yarısı –q yükünde sonlanır. Kalan çizgiler ise sonsuzda olduğu varsayılan başka bir yükte son bulur. Elektrik alan çizgilerinin oluşturduğu desen, noktasal yüklerin elektrik alanın haritası gibidir. Bu çizgilerin desenine bakılarak alanın nerede şiddetli nerede zayıf olduğu ve yüklerin büyüklükleri hakkında yorum yapılabilir.
