전기력이 작용하는 공간. 시간에 의존하지 않는 전기장을 정전기장(靜電氣場)이라고 하는데, 진공속의 2개의 정지전하 q₁, q₂사이의 거리가 r일 때, 이 2개의 전하 사이에 작용하는 힘 F는 F=kq₁q₂/r²로 주어진다.

F는 q₁, q₂가 같은 부호일 때는 척력(斥力)이며, 다른 부호일 때는 인력(引力)이다.

이것을 쿨롱의 법칙이라고 한다.

힘 F는 정전기력(靜電氣力) 또는 정전기적 쿨롱의 힘이라고 한다.

비례상수k는 단위계에 따라 다르다.

비유리(非有理) 정전단위계에서는 k=1이다.

MKSA단위계에서는 k=1/(4πε₀)이다.

ε₀는 진공의 유전율(誘電率)로, 8.854×10^-12F/m이다.

전하 q의 단위는 C(쿨롬), 거리 r의 단위는 m를 사용하면 F=q₁q₂/(4πε₀r²)가 성립한다.

공간에는 대체로 여러 위치에 여러 가지 전하가 분포해 있다.

이런 전하가 모두 정지되어 있다고 생각하자. 이때 공간 내에 또 하나의 전하 q₀가 있으면 이 q₀에 작용하는 힘은 q₀와 다른 전하 사이에 작용하는 쿨롱 힘(벡터)의 총합인데, 이것은 q₀에 비례한다.

특히 q₀=1일 때, 이 전하에 작용하는 힘이 이 전하의 위치전기장이다.

전기장은 벡터이다.

[그림 1]의 (a), (b)는 각각 1개의 양 전하 및 음전하에 의해 공간의 각 점에 생기는 전기 장을 나타낸다.

탐색전하는 공간의 각 점에서 그곳의 전기장 방향으로 이동한다.

이 방향을 이어가면 하나의 곡선을 얻을 수 있다.

이 곡선상의 각 점에서의 접선은 그 점에서의 전기장의 방향을 나타낸다.

이 곡선을 전기력선(電氣力線)이라고 한다.

공간내의 전기장의 분포는 이 전기력선을 여러 개 그림으로써 나타낼 수 있다.

[그림 2]는 절대값이 같은 양 · 음의 전하가 나란히 있을 때의 전기력선을 나타낸다.

[그림 3]은 균일하게 양으로 대전(帶電)한 반무한도체(半無限導體)에 의해 생기는 전기력선을 나타낸다.

도체에서는 전하가 표면에만 분포하며, 도체 내부에는 전기장이 존재하지 않는다.

정전기장 E는 전기 포텐셜, 또는 전위(電位) V와 E=-grad V=-▽V의 관계에 있다.

여기서 grad≡▽는 그레이디언트라는 벡터연산자(演算子)이다.

따라서 공간에서의 전기장은 V에 의해서도 나타낼 수 있다.

V가 같은 점을 이은 곡면(曲面)을 등전위면(等電位面)이라고 한다.

[그림 3]의 파선(破線)은 등전위면을 나타낸다.

이상은 공간이 진공일 경우인데, 물질 속에서는 쿨롱의 힘이 F=q₁q₂/(4 πε ε₀)r²가 되므로 전기장은 E=E₀/ε가 된다.

단, E₀는 진공일 때의 전기장이며, ε은 유전율이라는 물질상수이다.

ε는 반드시 1보다는 크며, 따라서 항상 E<E₀이다.

공간에 전기장 E가 존재하면, 공간에 이 E로 결정되는 정전에너지가 축적된다.

단위부피당의 정전에너지 u는 공간의 유전율이 ε일 때, u=(1/2) ε ε₀E²으로 주어진다.

이상은 정전기장에 대한 설명인데, 전하가 운동하고 있어도 이 정전기장은 생기며, 그 밖에 자기장(磁氣場)도 발생한다.

자기장이 존재하면 운동하는 전하는 힘을 받으며, 자기장이 시간적으로 변화하면 전하가 정지해 있어도 힘을 받는다.