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Un campo eléctrico (CE) es la región del espacio alrededor de un objeto o conductor cargado donde una fuerza eléctrica actúa sobre otras cargas. Medido en voltios por metro (V/m), describe la fuerza y la dirección de esa fuerza. Una carga de prueba positiva colocada en un CE experimenta una fuerza a lo largo de las líneas de campo; el campo apunta lejos de las cargas positivas y hacia las negativas. En términos prácticos, el CE es lo que hace que los electrones se muevan a través de un cable, lo que mantiene separadas las placas de un condensador y lo que acelera las partículas en equipos de alto voltaje.

La intensidad del campo varía drásticamente con la distancia y la geometría. Cerca de una carga puntual única, el CE sigue una ley del cuadrado inverso, disminuyendo como 1/r². Entre condensadores de placas paralelas, el campo es casi uniforme en el espacio y proporcional al voltaje aplicado dividido por la separación de las placas. En cables coaxiales, el campo es radial y depende logarítmicamente de la relación de radios. Las líneas de transmisión de alto voltaje generan intensidades de CE de miles de voltios por metro en el aire a su alrededor, razón por la cual la descarga de corona (brillo de ionización) se hace visible en condiciones húmedas.

Ruptura del campo y respuesta del material

Cada material aislante tiene una rigidez dieléctrica: el CE en el que deja de aislar y comienza a conducir. El aire se rompe alrededor de 3 MV/m en condiciones estándar, aunque la humedad, la presión y la contaminación por partículas lo reducen. El aceite mineral soporta entre 20 y 30 MV/m. Las películas de polímero varían ampliamente, de 10 a 200 MV/m, dependiendo de la composición y el espesor. En transformadores, cables y condensadores, controlar la distribución del CE es esencial para prevenir fallas. Los campos irregulares concentran el estrés localmente, causando una ruptura prematura.

Los cálculos del CE sustentan el diseño de aisladores, las distancias de seguridad de los aparatos de conmutación y la geometría de la puesta a tierra. Los ingenieros utilizan la ecuación de Laplace y el modelado numérico de campos (análisis de elementos finitos) para mapear las líneas de campo en geometrías complejas e identificar zonas de alta tensión. Las distancias de fuga en las placas de circuito, el espaciado de los electrodos en los aparatos de conmutación y el espesor del compuesto de encapsulado existen para mantener el CE por debajo de los límites de seguridad. Un campo que parece débil en voltios por metro aún puede causar fallas si se concentra por bordes afilados o límites de material.

El término es intercambiable con intensidad de campo eléctrico, intensidad de campo o simplemente campo en contexto. Distingue la cantidad vectorial (dirección y magnitud) del potencial, que es escalar. En la práctica, los técnicos rara vez miden el CE directamente; en su lugar, lo infieren a partir de mediciones de voltaje y geometría. Sin embargo, comprender el concepto de CE es fundamental para diagnosticar fallas de aislamiento, diseñar distancias de seguridad y predecir cuándo un equipo hará un arco o fallará bajo sobrevoltaje.