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{{NoteTA|G1=物理學}}
[[File:Lightning3.jpg|thumb|250px|right|自然界的閃電是電的一種現象。]]
'''電'''是靜止或移動的[[電荷]]所產生的物理現象。在大自然裏，電的機制給出了很多眾所熟知的效應，例如[[閃電]]、[[摩擦起電效應|摩擦起電]]、[[靜電感應]]、[[電磁感應]]等等<ref name="electricity">{{cite web | language = en | publisher = Encyclopædia Britannica | title = electricity | url = http://www.britannica.com/EBchecked/topic/182915/electricity | author = Encyclopædia Britannica Online | date =  | accessdate = 2014-04-06 }}</ref>。

在關於「電」的論述裏，時常會用到以下重要基本概念：
*[[電荷]]：某些[[亞原子粒子]]的內秉性質。這性質決定了它們彼此之間的[[電磁作用]]。帶電荷的物質會被[[電磁場|外電磁場]]影響，同時，也會生成[[電磁場]]。
*[[電場]]：由電荷產生的一種影響。在其它位置的電荷會因這影響而感受到[[電場力]]。
*[[電勢]]：電場做[[機械功]]於電荷的能力，通常以[[伏特]]為度量單位。
*[[電流]]：帶電粒子的移動，通常以[[安培]]為度量單位。 
*[[電磁場]]：移動中的電荷（電流）會生成[[磁場]]；變化中的磁場會生成電流。電場與磁場共同組成電磁場。

很久以前，就有許多術士致力於研究電的現象，但所得到的結果乏善可陳，少之又少。直到十七和十八世紀，才出現了一些在科學方面重要的發展和突破，不過在那時，科學家並沒有找到電的甚麼實際用途。十九世紀末，由於[[電機工程學]]的進步，電才進入了工業和家庭裡。從那時開始，日新月異、突飛猛進的快速發展帶給了工業和社會巨大的改變。作為能源的一種供給方式，電有許多優點，這意味著電的用途幾乎是無可限量。例如，[[交通]]、[[空氣調節|取暖]]、[[照明]]、[[電訊]]、[[計算]]等等，都必須以電為主要能源。進入二十一世紀，現代工業社會的骨幹仍是電能。<ref>{{Citation| first = D. A. | last = Jones| title =  Electrical engineering: the backbone of society| journal = Proceedings of the IEE: Science, Measurement and Technology| pages = 1–10| volume = 138| issue = 1| doi = 10.1049/ip-a-3.1991.0001| year = 1991}}</ref>。

== 歷史 ==
=== 古代發現 ===
[[File:Thales.jpg|thumb|right|upright|泰勒斯是人們所知最早研究電現象的科學家。]]
早在對於電有任何具體認知之前，人們就已經知道[[發電魚]]（{{lang|en|electric fish}}）會發射[[電擊]]。根據西元前2750年撰寫的[[古埃及]]書籍，這些魚被稱為「尼羅河的雷使者」，是所有其它魚的保護者。大約兩千五百年之後，根據紀錄，[[希臘]]、[[羅馬]]、後來的[[阿拉伯]]，在這些地方的[[自然|自然學者]]、[[醫生]]等等，對於[[電鯰]]和[[地中海]]的[[電鰩]]所散發出的強烈電擊仍舊感到極為困惑。<ref>{{citation|title=Review: Electric Fish |first=Peter|last=Moller |journal=BioScience |volume=41 |issue=11|date=December 1991|pages= pp. 794–796 [794]|doi=10.2307/1311732}}</ref>。古代羅馬醫生[[斯克力邦尼·拉格斯]]（{{lang|en|Scribonius Largus}}）在著作《醫學精選》（Compositiones Medicae）裏建議，患有像[[痛風]]或[[頭疼]]一類病痛的病人去觸摸[[電鰩]]，或許強勁的電擊會治愈他們的疾病<ref name=morris>{{citation| first = Simon C. | last = Morris| title = Life's Solution: Inevitable Humans in a Lonely Universe| publisher = Cambridge University Press| year = 2003| isbn = 0521827043}}</ref>{{rp|182-185}}<ref name=Electroreception>{{citation| first = Theodore H. | last = Bullock| title = Electroreception|publisher = Springer| year = 2005| isbn = 0387231927}}</ref>{{rp|6}}。

[[阿拉伯人]]可能是最先了解閃電本質的族群。他們也可能比其它族群都先找出電的其它來源。早於15世紀以前，阿拉伯人就創建了「閃電」的阿拉伯字 「raad」，並將這字用來稱呼[[電鰩]]<ref name="EncyclopediaAmericana">Maver, William, Jr.: "Electricity, its History and Progress", [http://www.archive.org/stream/encyclopediaame21unkngoog#page/n210/mode/1up The Encyclopedia Americana; a library of universal knowledge, vol. X, ]. (1918). New York: Encyclopedia Americana Corp.</ref>{{rp|171}}。

在地中海區域的古老文化裏，很早就有文字記載，將琥珀棒與貓毛摩擦後，會吸引羽毛一類的物質。公元前600年左右，希臘的哲學家[[泰勒斯]]做了一系列關於靜電的觀察，從這些觀察中，他推論摩擦會使琥珀變得[[磁|磁性化]]。這與像[[磁鐵礦]]一類[[礦石]]的性質大不相同；磁鐵礦天然地具有[[磁性]]<ref name=stewart>{{Citation| first = Joseph | last= Stewart| title = Intermediate Electromagnetic Theory| publisher = World Scientific| year = 2001| isbn = 9-8102-4471-1}}</ref>{{rp|50}}。泰勒斯的見解並不正確；但後來，科學會證實磁與電之間的密切關係。

[[File:Versorium.gif|frame|left|200px|吉爾伯特製成的[[靜電驗電器]]是一種可以探測靜電電荷的[[驗電器]]。當帶電物體接近金屬指針的尖端時，因為[[靜電感應]]，異性電荷會移動至指針的尖端，指針與帶電物體會互相吸引，從而使得指針轉向帶電物體。]]
幾千年來，電只不過是學者們好奇的智慧玩意兒，直到1600年，由於[[威廉·吉爾伯特]]的嚴謹治學態度，才開始對於電與磁的現象出現系統性研究。吉爾伯特是英國女王[[伊莉莎白一世]]的皇家醫生，他對於電和磁特別有興趣，撰寫了第一本闡述電和磁的科學著作《論磁石》。這是一本具有現代科學精神的書籍，著重於從實驗結果論述。吉爾伯特指出，琥珀不是唯一可以經過摩擦產生靜電的物質，[[鑽石]]、[[藍寶石]]、[[玻璃]]等等，也都可以演示出同樣的電學性質，在這裡，他成功地擊破了琥珀的吸引力是其內秉性質這持續了2000年的錯誤觀念<ref name=Baigrie>{{Citation| first = Brian | last = Baigrie| title = Electricity and Magnetism: A Historical Perspective| publisher = Greenwood Press| year = 2006| isbn = 0-3133-3358-0}}</ref>{{rp|8-11}}。吉爾伯特製成的[[靜電驗電器]]可以敏銳的探測靜電電荷。在之後的一個世紀，這是最優良的探測靜電電荷的儀器。先前，義大利數學家和醫生[[吉羅拉莫·卡爾達諾]]列出一些電現象與磁現象的不同之處。從卡爾達諾的結果，吉爾伯特得到很多啟發，他提出更多分歧之處：帶電物質會吸引所有其它物質，而磁石只會吸引鐵器；琥珀需要磨擦才能產生電性，而磁石不需要任何動作；磁石會將物體按照某定向排列，而帶電物質則只會吸引其它物質。<ref name=Whittaker>{{citation|last=Whittaker|first= E. T.|title=A history of the theories of aether and electricity. Vol 1| publisher=Nelson, London |year=1951|url =http://www.archive.org/details/historyoftheorie00whitrich}}</ref>{{rp|29-30}}<ref name=Baigrie/>{{rp|11-12}}。吉爾伯特創建了[[新拉丁語|新拉丁術語]]「electrica」（類似琥珀，從「ήλεκτρον」，「elektron」，希臘文的「琥珀」），意思為像琥珀的吸引方式一般的那些物質<ref name="Benjamin1895">{{cite book|author=Park Benjamin|title=A history of electricity: (The intellectual rise in electricity) from antiquity to the days of Benjamin Franklin|year=1895|publisher=J. Wiley & Sons}}</ref>{{rp|302}}<ref>{{cite journal
 | last =Heathcote
 | first =Niels
 | title =The early meaning of electricity: Some Pseudodoxia Epidemica—I
 | journal =Annals of Science
 | volume =23
 | issue =4
 | pages =pp.261-275
 | year =1967
 | url =http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/00033796700203316#preview
 | doi =10.1080/00033796700203316
}}</ref>。由於他在電學的眾多貢獻，吉爾柏特被後人尊稱為「電學之父」<ref name="EncyclopediaAmericana"/>{{rp|172}}。後來，從「electricus」又衍生了英文字「electric」和「electricity」，這兩個英文字最先出現於[[托马斯·布朗]]的1646年著作《世俗謬論》（Pseudodoxia Epidemica，英文書名《Vulgar Errors》）<ref>{{Citation| first = Gordon | last = Chalmers| title = The Lodestone and the Understanding of Matter in Seventeenth Century England | journal = Philosophy of Science| year = 1937| volume = 4| issue = 1| pages = pp.  75-95| doi = 10.1086/286445}}</ref>。之後，科學家[[奧托·馮·格里克]]、[[羅伯特·波義耳]]、[[史蒂芬·葛雷]]（{{lang|en|Stephen Gray}}） 、[[查理·杜費]]（{{lang|fr|Charles du Fay}}） 等等，都做了更進一步的研究。

=== 十八世紀 ===
[[File:Franklin-Benjamin-LOC.jpg|thumb|right|200px|生於十八世紀初，富蘭克林對於電的研究貢獻良多。]]
1752年6月，自學有成的[[班傑明·富蘭克林]]做了一個古今聞名的[[風箏]]實驗；他與兒子在雷雨中放風箏，將空中的閃電吸引過來，在風箏線另一端綑綁的一隻金屬鑰匙與富蘭克林的手之間，產生一系列的電花，他同時感受到麻電的滋味，這證實了閃電是電的一種現象<ref>{{citation| first = James | last = Srodes| title = Franklin: The Essential Founding Father|year = 2002| publisher = Regnery Publishing| isbn = 0895261634}}</ref>{{rp|92-94}}<ref>{{cite book| last = Uman| first = Martin|title = All About Lightning| publisher = Dover Publications| year = 1987| url = http://ira.usf.edu/CAM/exhibitions/1998_12_McCollum/supplemental_didactics/23.Uman1.pdf|format=PDF| isbn = 048625237X}}</ref>。富蘭克林又做實驗發現了[[電荷守恆定律]]，即在任何孤立系統裏，總電量不變<ref name=Whittaker/>{{rp|44}}。

1767年，[[約瑟夫·普利斯特里]]做實驗發現，在帶電金屬容器的內部，電作用力為零。從這實驗結果，他準確猜測，帶電物體作用於彼此之間的吸引力與[[萬有引力]]都遵守同樣的定律。1785年，[[查尔斯·库仑]]用[[扭秤]]（torsion balance）做實驗證實了普利斯特里的猜測，兩個帶電物體施加於彼此之間的作用力與距離成平方反比。他奠定了靜電的基本定律，即[[庫侖定律]]。於此，電的研究已提升成為一種[[精確科學]]（exact science）<ref name=Whittaker/>{{rp|50-51, 56}}。

1791年，[[路易吉·伽伐尼]]發現，假設將青蛙與{{link-en|靜電發電機|electrostatic generator}}連結成閉合電路，然後開啟靜電發電機，則青蛙肌肉會顫動。這實驗演示出，[[神經細胞]]倚賴電的媒介將信號傳達到肌肉。他因此創建了{{link-en|生物電|bioelectricity}}學術領域。1800年，[[亞歷山卓·伏打]]伯爵將銅片和鋅片浸於食鹽水中，並接上導線，製成了第一個[[電池]]：[[伏打電池]]，堪稱是現代電池的元祖。[[伏打電池]]給予科學家一種比靜電發電機更穩定的電源，能夠連續不斷的供給電流<ref name=kirby/>{{rp|331-333}}<ref name=Whittaker/>{{rp|67-75}}。

=== 十九世紀 ===
[[File:James Clerk Maxwell.png|thumb|left|200px|詹姆斯·馬克士威]]
1820年，[[漢斯·奧斯特]]在課堂做實驗時意外發現，電流能夠偏轉指南針的方向，演示出電流周圍會生成磁場，即電流的磁效應。稍後，[[安德烈-瑪麗·安培]]對於這現象做定量描述，給出[[安培力定律]]與[[安培定律]]<ref name="ampere">{{cite web | language = en | publisher = Encyclopædia Britannica | title = André-Marie Ampère | url = http://www.britannica.com/EBchecked/topic/21416/Andre-Marie-Ampere | author = Encyclopædia Britannica Online | date =  | accessdate = 2009-08-25 }}</ref>。他們兩個人的研究成果成功地將電與磁現象連結在一起，共稱為「電磁現象」。應用這理論，可以製作出來磁性超強勁於天然磁石的[[電磁鐵]]。1827年，[[格奧爾格·歐姆]]發展出一套精緻的數學理論來分析[[電路]]<ref name=kirby>{{citation| first = Richard S. | last = Kirby| title = Engineering in History| year = 1990| publisher = Courier Dover Publications| isbn = 0486264122}}</ref>{{rp|331-333}}。

1831年，[[麥可·法拉第]]與[[約瑟·亨利]]分別獨立地發現了[[電磁感應]]──磁場的變化可以生成電場。1865年，[[詹姆斯·馬克士威]]將電磁學加以整合，提出[[馬克士威方程組]]，並且推導出[[電磁波方程式]]。由於他計算出來的電磁波速度與測量到的[[光速]]相等，他大膽預測[[光波]]就是電磁波。1887年，[[海因里希·赫兹]]成功製成並接收到馬克士威所描述的電磁波。麥克斯韋將電學、磁學與光學統合成一種理論<ref name=kirby/>{{rp|333-335}}。

1859年，德國物理學家[[尤利烏斯·普呂克]]將真空管兩端的電極之間通上高壓電，製成[[陰極射線]]。物理學者發現，陰極射線是以直線傳播，但其傳播方向會被磁場偏轉。陰極射線具有可測量的動量與能量1897年，[[約瑟夫·湯姆森]]做實驗證實，陰極射線是由帶負電的粒子組成，稱為[[電子]]，因此他發現了電子<ref name=kirby/>{{rp|335}}。

十九世紀早期見證了電磁學快速蓬勃，如火如荼的演進。到了後期，應用電磁學的先進知識，電機工程學開始了一段突破性的發展。例如，[[亞歷山大·貝爾]]發明了[[電話]]、[[湯瑪斯·愛迪生]]設計出優良的[[白熾燈]]和[[直流]][[電力系統]]、[[尼古拉·特斯拉]]發展完成[[感應電動機]]、[[卡爾·布勞恩]]改良成功裝置在[[顯示器]]或[[電視機]]裏的[[陰極射線管]]。由於這些與其他眾多發明家所做出的貢獻，電已經成為現代生活的必需工具，更是[[第二次工業革命]]的主要動力<ref name="Landes2003">{{cite book|author=David S. Landes|title=The Unbound Prometheus: Technological Change and Industrial Development in Western Europe from 1750 to the Present|date=26 June 2003|publisher=Cambridge University Press|isbn=978-0-521-53402-4}}</ref>{{rp|1, 4}}。

=== 二十世紀 ===
[[File:Bardeen Shockley Brattain 1948.JPG|thumb|right|200px|從左至右：巴丁、肖克利和布喇頓。]]
德國物理學者[[海因里希·赫茲]]於1887年發現，照射[[紫外線]]於[[電極]]可以幫助產生更多電花<ref name="SZY843-4">Sears, Francis W., Mark W. Zemansky and Hugh D. Young (1983), ''University Physics'', Sixth Edition, Addison-Wesley, pp. 843–4. ISBN 978-0-201-07195-5.</ref><ref>{{cite web
 | last =Fowler
 | first =Michael
 | title= photoelectric effect
 | work =Modern Physics
 | url =http://galileo.phys.virginia.edu/classes/252/photoelectric_effect.html
 | accessdate =2013-08-27 
}}</ref>。這就是[[光電效應]]所產生的現象。包括[[約瑟夫·湯姆森]]、[[菲利普·萊納德]]在內的物理學者們，對於光電效應的做了很多理論研究與實驗研究。1905年，[[阿爾伯特·愛因斯坦]]發表論文對於光電效應的眾多實驗數據給出解釋。愛因斯坦主張，光束是由一群離散的量子（現稱為[[光子]]）組成，而不是連續性波動。假若光子的[[頻率]]大於某極限頻率，則這光子擁有足夠能量來使得金屬表面的電子逃逸，造成光電效應。這個重要發現展開了量子物理的大門<ref name="Ref_s">{{cite web|title = The Nobel Prize in Physics 1921|publisher = Nobel Foundation|url = http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1921/index.html|accessdate=2008-10-09}}</ref>。

1901年，[[古列爾莫·馬可尼]]從英國發射[[無線電]]訊號，越過大西洋，傳送至加拿大<ref>{{Cite web|url=http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1909/marconi-bio.html|title=Marconi's biography|publisher=Nobelprize.org|accessdate=2008-06-21}}</ref>。5年後，「無線電之父」[[李·德富雷斯特]]研究出[[三極管|真空三極管]]。這重大發明推動電子時代急速向前推進，使得無線電與長途電話科技不再是遙不可及的夢想<ref>{{cite web | title =1900-1909 | work =Timeline of Electricity and Magnetism | publisher =National High Magnetic Field Laboratory | url =http://www.magnet.fsu.edu/education/tutorials/timeline/1900-1909.html | accessdate =Apr 4, 2014 }}</ref>。到了1940、1950年代，固態原件開始出現在越來越多個場合，這標記著[[真空管]]科技的快速沒落與[[半導體]]科技的崛起。1947年，[[貝爾實驗室]]的[[威廉·肖克利]]、[[約翰·巴丁]]和[[沃爾特·布喇頓]]工作團隊發明了[[電晶體]]。這是二十世紀最重要的發明之一，凡是電子器具大多都須要用到電晶體<ref name=transistor>{{cite web |url=http://www.ieeeghn.org/wiki/index.php/Milestones:Invention_of_the_First_Transistor_at_Bell_Telephone_Laboratories,_Inc.,_1947 |title=Milestones:Invention of the First Transistor at Bell Telephone Laboratories, Inc., 1947 |author= |work=IEEE Global History Network |publisher=IEEE |accessdate=3 August 2011}}</ref>。[[傑克·基爾比]]於1958年和[[羅伯特·諾伊斯]]於1959年分別獨立發明[[積體電路]]。現今，大量電晶體、二極管、電阻器、電容器等等電子原件都可以被裝配在單獨的積體電路裏<ref>{{cite web | title=Electronics Timeline | work=Greatest Engineering Achievements of the Twentieth Century | url=http://www.greatachievements.org/?id=3956 | accessdate=January 18, 2006 }}</ref>。

== 基本概念 ==
=== 電荷 ===
[[File:Electroscope.png|thumb|right|150px|在一個[[驗電器|金箔驗電器]]裏的電荷，使兩片金箔葉子明顯地互相排斥。]]
{{Main|電荷}}
{{See also|電子|質子|离子}}
電荷是某些[[亞原子粒子]]的內秉性質。[[電子]]、[[質子]]、[[夸克]]是帶有電荷的粒子，稱為「帶電粒子」；[[中子]]、[[中微子]]不帶有電荷，不是帶電粒子。電荷分為正電荷與負電荷兩種。電荷量是電荷的數量，單位是[[庫侖]]（coulomb）。正電荷的電荷量大於零，負電荷的電荷量小於零。根據常規，電子帶有負電荷，每一個電子帶有同樣的電荷量，大約為 −1.6022×10<small><sup>−19</sup></small>庫侖。質子帶有正電荷，質子的電荷量與電子的電荷量相同而異性，為 +1.6022×10<small><sup>−19</sup></small>庫侖。[[反粒子]]也可以帶有電荷。對應於每一個帶電粒子，其反粒子擁有同數量的異電性電荷<ref>{{Citation| first = Frank | last = Close| title = The New Cosmic Onion: Quarks and the Nature of the Universe| publisher = CRC Press| page =pp. 51| year = 2007| isbn = 1-5848-8798-2}}</ref>兩個電荷的電荷量的[[代數和]]就是它們的總電荷量。[[電荷守恆定律]]表明，電荷量是個[[守恆量]]；在一個[[孤立系統]]內，不論發生什麼變化，總電荷量都會保持不變。<ref name=Duffin/>{{rp|2-5}}。

宏觀而言，物體的每一個粒子所帶有的電荷，可以總括指稱為「這物體的電荷」。帶有這電荷的物體稱為「帶電物體」。假若兩個物體都帶有正電荷或都帶有負電荷，則稱這兩個物體「同電性」；假若一個物體帶有正電荷，另一個物體帶有負電荷，則稱這兩個物體「異電性」。同電性相斥，異電性相吸。做一個簡單實驗，先將毛布摩擦玻璃棒，使玻璃棒充電（帶有電荷），然後再將玻璃棒分別接觸兩個用線繩懸掛在半空中的輕球 A、B ，這時可以觀察到，這兩個輕球 A與B 會相互排斥，因為它們都帶有同電性電荷。又將另一塊毛布摩擦琥珀棒，使琥珀棒充電，然後再將琥珀棒分別接觸另外兩個用線繩懸掛在半空中的輕球 C、D ，這時可以觀察到，輕球 C與D 也會相互排斥，因為它們也都帶有同電性電荷。但是，輕球 A與C 會相互吸引，因為它們分別帶有異電性電荷。假若一個帶有電荷的物體吸收到同樣數量的異電性電荷，則此物體會變為電中性，不會被任何帶有電荷的物體吸引或排斥。<ref name=uniphysics>{{Citation| first = Francis | last = Sears, ''et al.''| title = University Physics, Sixth Edition| publisher = Addison Wesley| page =pp. 457, 469-470, 479,  494-498, 696-700| year = 1982| isbn = 0-2010-7199-1}}</ref>{{rp|457}}。

這些輕球所感受到的排斥力或吸引力是[[靜電力]]。靜電力出自於電荷：兩個帶電物體會相互施加靜電力於對方。靜電力只會作用於帶電物體。[[庫侖定律]]對於靜電力作定量描述：靜電力分別與兩個帶電物體的電荷量成正比，與兩個帶電物體之間的距離成平方反比。<ref name=Duffin>{{Citation| first = W. J. | last = Duffin| title = Electricity and Magnetism, 3rd edition| publisher = McGraw-Hill| year = 1980| isbn = 007084111X}}</ref>{{rp|35}}<ref>"The repulsive force between two small spheres charged with the same type of electricity is inversely proportional to the square of the distance between the centres of the two spheres。" Charles-Augustin de Coulomb, ''Histoire de l'Academie Royal des Sciences'', Paris 1785。</ref>。

電荷可以用很多種方法來測量。早期，科學家用[[驗電器|金箔驗電器]]來測量電荷。現在，在課堂上示範，常會使用這方法。但是，大多數實際工作狀況會使用{{link-en|靜電計|electrometer}}（{{lang|en|electrometer}}）來測量電荷<ref name=Duffin/>{{rp|2-5}}。

=== 電流 ===
[[File:Lichtbogen 3000 Volt.jpg|thumb|150px|right|由於電場太強，造成電崩潰，因而產生的電弧顯示出電流從一根釘子流動到另外一根釘子的路徑。]]
{{Main|電流}} 
電荷的移動，稱為[[電流]]，通常以[[安培]]（ampere）為度量單位。任何移動中的帶電粒子都可以形成電流；最常見的是電子。　

按照歷史常規，電流的方向與正電荷的流動方向相同，即從[[電路]]的[[電勢]]較高位置（高電壓）流動到電勢較低位置（低電壓）；按照這流向定義的[[電流]]稱為常規電流。在電路裏，帶負電荷的電子的運動方向，與電流的方向相反。但是，依狀況不同，帶電粒子往不同方向的流動，或者同時往不同方向的流動，都可以形成實際電流<ref>{{Citation| first = Robert | last = Ward| title = Introduction to Electrical Engineering| publisher = Prentice-Hall| page =pp. 18| year = 1960}}</ref>。為了要給予科學家一個交通意見的共同語言，通常採用「正至負常規」。

[[電傳導]]指的是電流從物質的某位置移動到另一個位置。電傳導的行為隨著帶電粒子和物質的不同而變化。例如，金屬傳導是電子移動於金屬類的[[導體]]；[[電解]]傳導是[[離子]]移動於[[電解液]]。雖然帶電粒子本身移動的很慢，有時候平均[[漂移速度]]小於1毫米／秒<ref name=Duffin/>{{rp|17}}，由於作用於粒子的電場的傳播速度接近於[[光速]]，電子信號仍舊能夠快速傳播<ref>{{Citation| first = L. | last = Solymar| title = Lectures on electromagnetic theory| publisher = Oxford University Press| page =pp. 140| year = 1984| isbn = 0-19-856169-5}}</ref>。

在電機工程或家用電器領域裏，電流又分為[[直流]]（DC）及[[交流]]（AC）。這些術語意指電流怎樣隨著時間變化。直流是一種單向的流動，從電路的電勢較高部分流到電勢較低部分。[[電池]]生成的電流是直流。大多數[[電子元件]]的運作都需要直流。交流是多次反覆流動方向的電流。電流的主要形式為[[正弦波]]。隨著時間流易而改變，交流會在導體內來來回回的振盪，但內中涉及的電荷並沒有任何淨位移的動作。經過時間平均，交流的電流是零。與直流在[[穩態]]狀況時不同，交流會被電路内的[[電容器]]或[[電感器]]等等所影響。<ref name=bird>{{citation| first = John | last = Bird| title = Electrical and Electronic Principles and Technology, 3rd edition|publisher = Newnes| year = 2007| isbn = 0-978-8556-6}}</ref>{{rp|11, 206-207, 223-225}}。

=== 電場 ===
[[File:Field lines.svg|thumb|right|150px|在平面導體上方的正電荷所散發出來的電場線。]]
{{Main|電場}}
電荷會在周圍空間生成電場。為了探測這電場，可以在空間內任意位置放入一個檢驗電荷，這電場會作用於檢驗電荷，施加作用力於檢驗電荷，從測量作用力可以證實電場的存在。稱這作用力為[[電場力]]。電場力可能是排斥力，也可能是吸引力。這與[[重力]]不同。重力只可能是吸引力。電場是電場力與檢驗電荷量的比值。假設源電荷是負電荷，則電場會往內收斂，終止於源電荷；假設源電荷是正電荷，則電場會向外散發，往無窮遠延伸。電場與離開源電荷的距離成平方反比，與源電荷成正比<ref name=Griffiths1998>{{citation| author=Griffiths, David J.|title=Introduction to Electrodynamics (3rd ed.)| publisher=Prentice Hall |year=1998| isbn=0-13-805326-X}}</ref>{{rp|60}}。

電場定義為在空間某一位置的檢驗電荷所感受到的電場力每單位電荷。在這裏，檢驗電荷必須是靜止的，以免產生[[磁場]]；它還必需非常微小，以免自己產生的電場影響主電場。由於電場力是一個[[向量]]，電場也是一個向量，擁有[[大小]]和[[方向]]。更具體地說，電場是一個[[向量場]]<ref name=uniphysics/>{{rp|469-470}}。

電場可以用一組虛擬的的曲線來想像，在任意位置，曲線的方向跟電場的方向相同。這組曲線被稱為[[電場線]]。從靜止電荷散發出來的電場線有幾個特性<ref name=uniphysics/>{{rp|479}}：
# 電場線開始於正電荷，終止於負電荷。
# 電場線必須以直角進入理想[[導體]]。
# 兩條電場線絶對不會[[相交]]；電場線絶對不會與自己相交。
# 電場線的密度越大，則電場越強。

一個空心導體所帶有的電荷全都分佈於外表面。在導體的內部，電場等於零。這是[[法拉第籠]]的運作原理。導體殼會將內部孤立起來，不使受到外部的電場影響。假設在導體殼所包圍的空腔內部，嵌入了一些電荷，則導體殼內表面會被感應出電荷；導體殼部分的電場仍舊是零<ref name=Halliday>{{citation|last1=Halliday|first1=David|last2=Resnick|first2=Robert|last3=Walker|first3=Jerl|title = Fundamental of Physics|publisher = John Wiley and Sons, Inc.|location = USA|edition = 7th|isbn=0-471-23231-9|year=2005}}</ref>{{rp|612-614}}。

當設計[[高壓電|高壓電器]]時，必須注意到靜電學的原理。任何介質都存在有一個能夠承受的最大極限電場。超過這極限，就會發生[[電擊穿]]，在兩個帶電物體之間的介質，產生[[電弧]]，因而使得電荷從一個帶電物體跳躍到另一個帶電物體。例如，當電場超過30kV/cm時，夾在狹窄裂縫内的空氣，會產生電弧。對於較粗寬的裂縫，電擊穿的極限電場比較低，大約為1kV/cm<ref name=hv_eng>{{Citation| first = M. S.| last = Naidu| first2 = V.| last2 = Kamataru| title = High Voltage Engineering| publisher = Tata McGraw-Hill| page =pp. 2, 201-202| year = 1982| isbn = 0-07-451786-4}}</ref>。在大自然裏，最常見到的電擊穿是[[閃電]]。熱空氣的上升會使電荷被分離於不同的雲層，因而使雲層間的電場增強。當這電場超過[[擊穿電壓|擊穿電壓梯度]]的時候，就會發生閃電。大型閃電雲層的電壓可以高達100MV，放電能量大約為250[[千瓦小時]]（kWh）<ref>{{cite web|last = Hasbrouck|first = Richard| title = Mitigating Lightning Hazards| publisher = Science & Technology Review| url = https://www.llnl.gov/str/pdfs/05_96.1.pdf}}</ref><ref name="ucar">{{Cite web| url=http://www.ucar.edu/communications/factsheets/Lightning.html| title=Factsheet: Lightning|publisher=University Corporation for Atmospheric Research|year=2003 |first=Rene|last=Munoz}}</ref>。

導體對於其附近的電場影響極大。特別是，在尖銳導體的附近，電場會變得非常強烈。[[避雷針]]的運作原理就是應用這簡單機制。避雷針的尖銳針刺引誘閃電在那裡生成，因此避開其意圖保護的建築物<ref name="Nahin2002">{{cite book|author=Paul J. Nahin|title=Oliver Heaviside: The Life, Work, and Times of an Electrical Genius of the Victorian Age|date=9 October 2002|publisher=JHU Press|isbn=978-0-8018-6909-9}}</ref>{{rp|155}}。

=== 電勢 ===
[[File:Treatise on Electricity and Magnetism Fig 01.jpg|thumb|right|150px|兩個同性電荷的電場線和等勢線。]]
{{Main|電勢}}
{{See also|電壓|電池}}
電勢的概念與電場密切相關。處於電場某位置的檢驗電荷會感受到電場力，因此，將檢驗電荷移動至這位置需要做[[機械功]]。電勢的正式定義為，單位電荷從無窮遠，經過任意路徑，緩慢地移動到該位置，所做的[[機械功]]<ref group="註">在這裏，移動的速度極為緩慢，這是為了要確保電荷的動能超小於電勢能的絕對值。電勢能是電勢與電荷量的乘積。</ref>。電勢又稱為[[電位]]，是一個[[標量]]，其數值只具有相對意義，不具絕對意義，因此，電勢的數值取決於電勢為零的位置。在電勢的正式定義裏，電勢為零的位置是無窮遠。電勢的度量單位是[[伏特]]（volt）。假設，將1[[庫侖]]的電荷（單位電荷）從無窮遠緩慢地移動到某位置，需要用到1[[焦耳]]的機械功，則這位置的電勢為1伏特。這樣定義電勢，雖然很正式，實際而言比較不容易使用。[[電壓]]是比較容易使用的概念；電壓定義為單位電荷從某初始位置緩慢地移動到某終止位置所需的能量。電場有一個特性，就是[[保守力|保守性]]：電荷從初始位置移動到終止位置，所需的能量與移動的路徑無關。因此，電壓是個唯一值<ref name=uniphysics/>{{rp|494-498}}。

為了實用目的，科學家時常會為電勢設定一個共同參考點。這樣，可以方便地計算和比較其它位置的電勢。對於物理理論研究，這參考點可以設定為無窮遠。對於電機工程學，比較有用的參考點是[[地球]]，即假定在地球表面的每一個地方，電勢都相同。這地球參考點稱為[[接地]]。地球被假定為正電荷或負電荷的無窮源，因此，地球呈電中性，不能夠被充電<ref>{{Citation| first = Raymond A. | last = Serway| title = Serway's College Physics| publisher = Thomson Brooks| page =pp. 500| year = 2006| isbn = 0-5349-9724-4}}</ref>。

電勢可以與[[高度]]類比：由於[[引力場]]作用，一個[[自由落體]]會從高處掉落到低處；類似地，因為電場作用，正電荷會從電勢高的位置移動到電勢低的位置<ref>{{Citation| first = Sue | last = Saeli| title = Using Gravitational Analogies To Introduce Elementary Electrical Field Theory Concepts| url = http://physicsed.buffalostate.edu/pubs/PHY690/Saeli2004GEModels/older/ElectricAnalogies1Nov.doc}}</ref>。在[[等高線圖]]裏的[[等高線]]可以顯示出同樣高度的點，類似地，在一個帶電體的四周，可以繪出一組曲線，其中每一條曲線都是由電勢相等的點所構成的，稱為[[等位|等勢線]]。等勢線與電場線以直角相交。等勢線平行於導體的表面。

電場的正式定義是單位電荷感受到的電場力。電勢的概念等價地給出更實用的定義：電場是電勢的負[[梯度]]。電場的單位是「伏特／公尺」 （volt/meter），方向與電勢的負梯度同向，與等勢線最緊密的方向反向<ref name=Duffin/>{{rp|60}}。

=== 電磁現象 ===
[[File:Electromagnetism.svg|thumb|right|150px|電流會在周圍生成磁場，以[[右手定則]]設定的方向環繞著電流。]]
{{main|電磁學}}
電流會在其周圍生成磁場；因此，在載流導線（電流所流過的電線）的周圍，[[指南針]]的磁針會感受到作用力，會被偏轉，不再指向先前電流為零時的方向。這意味著電和磁之間有一種直接的，密切的關係；這關係所涉及的作用力不同於引力和靜電力。指南針的磁針所感受到的作用力，並沒有使它直接指向電線或朝反方向指去，而是沿著磁場的方向，即以電線截面為中心的某圓圈的切線方向，而當逆反電流的方向時，作用力的方向也會逆反過來<ref>{{Citation| first = Silvanus  P. | last = Thompson| title = Michael Faraday: His Life and Work| publisher = Elibron Classics| page =pp. 79| year = 2004| isbn = 142127387X}}</ref>。電與磁的這種關係可以用[[安培定律]]來做定量描述：磁場沿著閉合迴路的[[環量]]與閉合迴路所包圍的電流成正比<ref name=Griffiths1998/>{{rp|225}}。

[[脑磁图描记术]]（magnetoencephalography）可以描記腦部神經活動，是一種[[神經成像|脑功能图像]]检测技术；它使用超敏銳的[[超導量子干涉儀]]陣列來測量腦部的電流脈波所生成的磁場，從這儀器測量到的腦磁波數據經繪成腦磁圖後，可以用來研究腦的感覺與認知功能等等<ref name=Halliday/>{{rp|768-769}}。

處於含時磁場的閉合電路，由於磁場隨著時間流易而改變，會有[[電動勢]]出現於閉合電路，這電動勢會使得帶電粒子感受到電場，因此會產生電流。這現象稱為電磁感應現象。[[法拉第定律]]對於這現象給出定量描述：穿過閉合電路的[[磁通量]]，其變化率等於在這閉合電路裏出現的電動勢。冷次定律能夠找出電動勢和感應電流的方向：由於磁通量的改變而產生的感應電流，其方向為抵抗磁通量改變的方向。<ref name=Halliday/>{{rp|793-795}}。

應用法拉第定律，[[發電機]]可以將各種動力（如水力、風力）所做的[[機械功]]轉換成電能。用各種動力（如水力、風力）使得線圈在磁鐵的兩極間轉動；隨著線圈的轉動，線圈內的磁場也會改變，因此會產生感應電流，這就是發電機的工作機制。[[變壓器]]、[[電磁爐]]等等電器的運作也都是倚賴法拉第定律。

===電磁波===
[[File:EM Spectrum Properties edit zh.svg|thumb|right|300px|電磁波的波譜與性質。]]
{{main|電磁波}}
含時磁場是電場源，可以生成電場；含時電場是磁場源，可以生成磁場。當振盪電場產生振盪磁場，而振盪磁場又產生振盪電場之時，這些持續不斷同相振盪的電場和磁場共同形成了電磁波，其物理性質可以用[[電磁波方程式]]作詳細描述<ref name=uniphysics/>{{rp|696-700}}。在[[自由空間]]裏，電磁波是一種以[[光速]]傳播的[[橫波]]，電磁波的電場與磁場彼此相互垂直，並且垂直於傳播方向。在量子力學裏，電磁波的載體是[[光子]]，電磁波束是由很多[[光子]]組成。

電磁波的[[電磁波譜|波譜]]，按照[[頻率]]從低至高，或按照[[波長]]從長至短，可以分類為[[無線電波]]、[[微波]]、[[紅外線]]、[[可見光]]、[[紫外線]]、[[X射線]]、[[伽瑪射線]]。電磁波的物理性質與頻率有關。頻率越低，則波長越長；頻率越高，則波長越短，所伴隨的光子也具有越大的能量。沒有任何物理理論禁止電磁波的頻率高過某最高頻率，但任何超過[[普朗克能量]]的現象需要新物理理論來做描述，雖然物理學者尚未觀察到這種現象<ref>美國太空總署網頁：{{citation|url=http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/science/know_l1/emspectrum.html|title=電磁波譜}}</ref><ref name="PhysicsAstronomy1998">{{cite book|author=National Research ouncil|title=Elementary-Particle Physics: Revealing the Secrets of Energy and Matter|date=1 April 1998|publisher=National Academies Press|isbn=978-0-309-06037-0}}</ref>{{rp|49-50}}。

在經典物理裏，電磁波被認為是由感受到作用力、正在進行加速度運動的帶電粒子所生成。將交流電源、LC[[振盪器]]、[[變壓器]]、[[天線]]連結成一個電路，就可以製成一個電磁波發射器，發射出電磁波<ref name=Halliday/>{{rp|890-892}}。量子過程也可以製成電磁波，例如，在原子裏的處於激發態的束縛電子，會躍遷至能階較低的量子態，同時發射出光子，因此形成電磁波<ref name=Halliday/>{{rp|1097-1100}}。[[原子核]]的[[伽瑪衰變]]<ref>{{cite web
 | title =Gamma Decay
 | work =Guide to the Nuclear Wallchart
 | publisher =Lawrence Berkeley National laboratory
 | date =Aug 9, 2000
 | url =http://www.lbl.gov/abc/wallchart/chapters/03/3.html
 | accessdate = Apr 15, 2014
}}</ref>、[[π介子|中性π介子衰變]]也會生成電磁波。

=== 電化學 ===
{{main|電化學}}
化學反應來產生電力的能力，和相反地電力來驅動化學反應的能力，具有的用途廣泛。

電化學一直是電力的重要組成部分。從最初發明的[[伏打電堆]]，[[電化電池]]已經演變成為許多不同類型的[[電池]]，[[電鍍]]和[[電解池]]。[[鋁]]是以這種方式大批量產生，而許多便攜式設備使用可充電電池供電。

=== 電路 ===
{{main|電路}}
[[File:Ohms law voltage source.svg|thumb|150px|right|一個簡單的電路，位於左邊的[[電壓源]] <math>V</math> 驅使[[電流]] <math>I</math> 流動於電路，傳送[[電能]]到[[電阻]]為 <math>R</math> 的[[電阻器]]。然後，電流回到源點，結束環繞閉合迴路一周。]]
在電路的閉合迴路內，為了滿足[[電荷守恆定律]]，從源點傳送出去的所有電荷都必須回到源點。電路裏的有許多種不同的電機元件，包括[[電阻器]]、[[電容器]]、[[開關]]、[[變壓器]]和[[電子學|電子元件]]等等。[[電子電路]]的[[被動元件|主動元件]]，大多是[[半導體]]，通常會表現出[[非線性]]行為，必須用[[複分析]]來解析。最簡單的電機元件是[[線性]]的[[被動元件]]。雖然它們可能會暫時儲存能量，它們並不是能量源。對於任何刺激，它們會表現出線性響應<ref name=Alexander>{{Citation  | last = Alexander  | first = Charles  | last2 = Sadiku  | first2 = Matthew  | title = Fundamentals of Electric Circuits  | publisher = McGraw-Hill  | year = 2006  | edition = 3, revised  |isbn = 9780073301150}}</ref>{{rp|15-16}}。

電阻器是一種簡單的被動電機元件。顧名思義，電阻器阻礙電流的通過，以熱能的形式耗散其能量。[[歐姆定律]]是電路學的一個基本定律。這定律闡明，電阻器兩端的電壓與通過的電流成正比，其比例常數稱為[[電阻]]。甚至連[[導體]]都會有微小的電阻。[[金屬]]是導體。金屬線的電阻主要是因自由電子移動於金屬線所遭遇到的碰撞而產生。在適當的溫度值域和電流值域，大多數物質的電阻都會保持相當穩定。在這值域內，物質被稱為具有「歐姆性」。電阻的單位是[[歐姆]] （ohm），是因[[格奧爾格·歐姆]]而命名，標記為希臘字母 <math>\Omega</math> 。對於1[[安培]]電流，1歐姆的電阻會造成1伏特的電壓<ref name=Alexander/>{{rp|30-35}}。

[[電容器]]是另一種常見的電機元件。它能夠儲存電荷，同時儲存電能於其電場。最簡單的電容器是由兩片平行金屬板與夾在其間的[[絕緣質]]或[[電介質]]所組成的。實用而言，為了要增加單位體積的表面面積，工程師會將薄金屬頁滾捲在一起。這樣，可以增加[[電容]]。電容的單位是[[法拉]]（farad），是因[[麥可·法拉第]]而命名。假若電容器因為儲存了1[[庫侖]]的電荷而產生1伏特的電壓，則其電容為1法拉 。當連結電容器於電源時，剛開始會有電流出現，異性電荷會分別累積於兩片金屬板。但是，隨著電荷的累積，這電流會慢慢地減少，最終減為零。因此，電容器不會允許有[[穩定態|穩定]]的電流；相反地，它會禁止電流的穩定流通<ref name=Alexander/>{{rp|216-220}}。

[[電感器]]通常是一捲[[螺線管]]導體；它會因響應通過的電流而儲存能量於磁場。隨著電流的變化，螺線管內部的磁場也會變化，因[[電磁感應]]，會產生[[電壓]]於電感器的兩端。感應電壓與電流的時間變率成正比。其比例常數稱為[[電感]]。因[[約瑟·亨利]]而命名，電感的單位是[[亨利]]（henry）。假若電感器因為其通過的電流以1A/s變化，而產生1伏特電壓，則其電感是1亨利。在某些方面，電感器與電容器的物理性質恰恰相反：電感器允許穩定的電流，抗拒隨時間流易而快速變化的電流<ref name=Alexander/>{{rp|226-229}}。

===電功率===
{{main|電功率}}
電路的電功率指的是電路每單位時間傳輸的電能。如同[[機械功]]，電功率是做功的速率。採用[[國際單位制]]，電功率的單位是[[瓦特]]（watt）。假若電路每秒傳輸1[[焦耳]]的電能，則電功率為1瓦特。

在直流電路裏，一個元件的電功率為通過此元件的電流乘以元件兩端的電壓。假若電流為1安培，電壓為1伏特，則電功率為1瓦特<ref name=Halliday/>{{rp|694-696}}。

在交流電路裏，電流與電壓會隨著時間而改變。一個元件的瞬時功率是此元件在某特定時刻吸收的電功率，是通過此元件的瞬時電流乘以元件兩端的瞬時電壓。由於瞬時功率也會隨著時間而改變，很難做實際測量。比較容易測量的是平均功率；這是瞬時功率經過一個交流[[週期]]的平均值，等於表觀功率與功率因素的乘積。表觀功率是[[均方根]]電流與均方根電壓的乘積。功率因素是電流與電壓之間的[[相位差]]的[[餘弦]]；假若功率因素為1，則稱這元件的負載為純電阻負載，在所有時間都會吸收電功率；假若功率因素為0，則稱這元件的負載為純無功負載，吸收的電功率經過時間平均後為0<ref name=Alexander/>{{rp|458-460}}。

== 發電和使用 ==
=== 發電和傳輸 ===
{{main|發電|輸電系統}}

[[File:Parque eólico La Muela.jpg|thumb|right|150px|風力發電是一種很重要的綠色科技。]]
[[泰勒斯]]的琥珀摩擦實驗是科學史上第一個與發電有關的實驗。雖然這實驗的結果，稱為[[摩擦起電效應]]，能夠吸引輕微的物體或發出火花，但發電效率很低，不具實用功能。一直要等到十八世紀，[[伏打電堆]]被發明之後，人們才得到了一種比較可行的電源。伏打電堆和它的現代後裔——電池——能夠儲存[[化學能]]，並且在需要之時能立刻變換成[[電能]]<ref name=batteries>{{citation| first = Ronald | last = Dell| first2 = David | last2 = Rand| title = Understanding Batteries| pages =pp. 2-4| year = 2001| publisher = Royal Society of Chemistry}}</ref>。電池的用途廣泛，能夠很理想地搭配很多種用途，是日常生活不可或缺的電源。但是，電池所儲存的能量有限，每當儲存的電能用完，就必須重新充電或丟棄。為了確保長期大量用電客戶不至缺電，必須選取持續地發電與傳輸至用戶的策略。

電能通常是由採用機械-電磁轉換模式的[[發電機]]製成。靠著燃燒[[化石燃料]]或[[核分裂|分裂]][[核燃料]]過程，可以產生[[熱能]]，然後用[[蒸汽渦輪發動機]]將熱能轉換為動能，驅動這種發電機進行發電；類似地，其它種能源，例如[[風力]]或[[水力]]，也可以用來發電。這種發電機的外形絲毫不像法拉第早前發明的[[同極發電機]]（{{lang|en|homopolar generator}}）。但是，它所根據的運作原理仍舊是[[法拉第定律]]<ref>{{citation| first = Peter G.| last = McLaren| title = Elementary Electric Power and Machines| pages =pp. 182-183| year = 1984| publisher = Ellis Horwood| isbn = 0-85312-269-5}}</ref>。十九世紀後期的[[變壓器]]的發明，以高電壓，低電流的方式增加電力傳輸效率；這意味著發電功能可以集中於位置較遠的中央發電場。大型的發電廠更能受益於[[規模經濟]]，所生產的電力也可以傳輸至相當遠的地方使用<ref name=Patterson_p44-48>{{citation| first = Walter C. | last = Patterson| title = Transforming Electricity: The Coming Generation of Change| pages =pp. 44-48| year = 1999| publisher = Earthscan| isbn = 185383341X}}</ref><ref>
{{citation
| last = Edison Electric Institute
| title = History of the Electric Power Industry
| url=http://www.eei.org/industry_issues/industry_overview_and_statistics/history
| accessdate = 2007-12-08 |archiveurl = //web.archive.org/web/20071113132557/http://www.eei.org/industry_issues/industry_overview_and_statistics/history |archivedate = November 13, 2007}}
</ref>。

由於電力無法大量的儲存，大多數時候，[[電力公司]]（{{lang|en|electric utility}}）必須即時生產所有需求<ref name=Patterson_p44-48/>。電力公司必須仔細估算電力需求，依照估算的結果計畫電力的生產。為了給予電力網路足夠的彈性來應付偶發狀況，像極端惡劣天氣、機器故障、燃料短缺等等，電力公司還必須預留一部分發電能力。

隨著國家的進步，經濟的發展，電力需求急速地增加。例如，在二十世紀的前三十年，美國的電力需求，每年平均至少會增長 7%<ref name=NRC1986/>{{rp|18}}。
美國的2011年用電量比1950年多過13倍<ref>{{Citation| last = Edison Electric Institute| title = Use of Electricity| url=http://www.eia.gov/energyexplained/index.cfm?page=electricity_use}}</ref>。新興經濟，像印度或中國的經濟，也正在經歷這樣快速的增長率<ref>
{{Citation
| last = Carbon Sequestration Leadership Forum
| title = An Energy Summary of India
| url=http://www.cslforum.org/india.htm
| accessdate = 2007-12-08
| archiveurl = //web.archive.org/web/20071205080916/http://www.cslforum.org/india.htm <!--Added by H3llBot-->
| archivedate = 2007-12-05}}
</ref><ref>
{{Citation
| last = IndexMundi
| title = China Electricity - consumption
| url=http://www.indexmundi.com/china/electricity_consumption.html
| accessdate = 2007-12-08}}
</ref>歷史數據顯示，電力需求的成長率超過其它種能量<ref name=NRC1986>
{{Citation
| last= National Research Council
| authorlink = 美國國家科學研究委員會
| title = Electricity in Economic Growth
| publisher = National Academies Press
| year = 1986
| isbn = 0-309-03677-1}}
</ref>{{rp|16}}。

由於人類的生存環境不斷惡化，地球的有限資源急速消耗，許多電力公司都開始選取[[可再生能源]]發電的策略，特別是選擇[[風力發電]]、[[水力發電]]、[[太陽能發電]]。雖然有關各種不同發電方法對於環境利弊的辯論仍舊繼續在進行中，尚未能成定論，一般而言，假若將電力純粹當做一種能源看待，那麼，這是一種相當乾淨的[[綠色能源]]<ref name=NRC1986/>{{rp|89}}

=== 用途 ===
[[File:Gluehlampe 01 KMJ.png|right|thumb|150px|[[愛迪生]]發明的[[電燈泡]]帶給人們極多便利。其運作原理是焦耳加熱──電流通過電阻時會產生熱能。]]

電力是一種很容易傳輸的能量形式，能夠適用於日以劇增，多不盛舉的用途。例如，於1870年代出現的[[電燈泡]]，具有極大的實用價值。由於這發明，人們不再需要使用蠟燭或煤油來照明，因而得以避免了很多可能發生的火災<ref>{{Citation| first = Peter | last = d'Alroy Jones| title = The Consumer Society: A History of American Capitalism| page = 211| publisher = Penguin Books}}</ref>。

電燈泡所應用的[[焦耳加熱]]（{{lang|en|Joule heating}}）效應，也可以用來[[電力取暖]]（{{lang|en|electric heating}}）。對於這用途，電力取暖有三大優點：便利使用、容易控制、安全潔淨。但是，電力取暖有個很大的缺點，那就是，與燃煤取暖或燃油取暖相比，它的效率比較低<ref>{{Citation| first = Charles and Penelope  | last = ReVelle| title = The Global Environment: Securing a Sustainable Future| publisher = Jones & Bartlett| page =pp. 298| year = 1992| isbn = 0867203218}}</ref>。關於[[冷凍]]用途方面，電是一個很實用的能源。安裝在住家和辦公室內，冷氣機的使用帶給人們很大的舒適。但是，冷氣的耗電量也很大。對於這問題，電力公司正大力宣傳提倡智慧地使用冷氣<ref>{{Citation| first = B. | last = Hojjati| first2 = S. | last2 = Battles| title = The Growth in Electricity Demand in U.S. Households, 1981-2001: Implications for Carbon Emissions| url= http://www.eia.doe.gov/emeu/efficiency/recs_1a_table.htm}}</ref>。

電訊科技主要是依靠電來傳達資訊。十九世紀中期，自從[[威廉·庫克]]（{{lang|en|William Cooke}}） 和[[查爾斯·惠斯通]]（ {{lang|en|Charles Wheatstone}}） 展示出第一座具有商業潛力的[[電報機]]，隨著[[橫貫美國大陸電報系統]]（{{lang|en|First Transcontinental Telegraph}}）的建立，以及[[橫貫大西洋電報系統]]（{{lang|en|Transatlantic Telegraph Cable}}）的建立，從地球的這一端到地球的那一端，使用電報機制，只需要很短幾分鐘時間，人們就可以即時地獲得訊息。現今，[[光導纖維]]和[[通訊衛星]]這兩個先進科技，佔有了通訊科技市場的一大部分。它們所使用的傳輸科技仍舊是建立於電磁波原理。

[[電動機]]應用電磁原理，將[[電能]]轉化成[[機械能]]的形式，來驅動各種各樣的機械。一個固定不動的電動機，像[[絞車]]（{{lang|en|winch}}），可以很容易地獲得能源。但是，移動的電動機，像[[電動車]]，必須隨身帶著像電池一類的能源裝備，或者用取得電能的滑動接觸，像[[集電弓]]。這要求限制了其行動範圍和工作性能。

[[電晶體]]是二十世紀最重要的發明之一<ref name=transistor/>。電晶體是所有摩登電子電路的基本元件，最先進的[[積體電路]]在小小幾平方公分的面積可以內嵌幾十億個微小的電晶體<ref>{{Citation| first = Saswato R.| last = Das| title = The tiny, mighty transistor| newspaper = Los Angeles Times|url = http://www.latimes.com/news/opinion/la-oe-das15dec15,0,4782957.story?coll=la-opinion-rightrail}}</ref>。

電力也被用來推動公共交通，包括[[電動巴士|純電動公交車]]和火車。
<ref>
{{Citation
| first = Not Given
| title = Public Transportation
| newspaper = Alternative Energy News
| date = 2010-03-10
| url = http://www.alternative-energy-news.info/technology/transportation/public-transit/}}
</ref>

== 電和自然世界 ==
=== 生理效應 ===
{{main|電擊|觸電}}
施加電壓於人體，會造成電流的流過人體內部[[組織 (生物學)|組織]]。在人體內，電壓與電流呈非線性關係，電壓越大，電流也越大<ref name=tleis>{{Citation| first = Nasser | last = Tleis| title = Power System Modelling and Fault Analysis| publisher = Elsevier| year = 2008| pages =pp. 552-554| isbn = 978-0-7506-8074-5}}</ref>。隨著供給頻率的改變，電流路徑的不同，感覺閾值也不一樣。對於電路主幹的頻率，感覺閾值大約是0.1[[安培|mA]]到1mA。但是在某種狀況下，甚至電流小到1µA都可以被感覺得到，能使肌肉發生[[纖維性抽搐]]（electrovibration）<ref>{{Citation| first = Sverre | last = Grimnes| title = Bioimpedance and Bioelectricity Basic| publisher = Academic Press| year = 2000| pages =pp. 301-309| isbn = 0-1230-3260-1}}</ref>。假若電流太大，則會造成肌肉收縮、心臟[[纖維性顫動]]（{{lang|en|fibrillation}}）或[[灼傷]]<ref name=tleis/>。

由於導體是否通電，很難從外表判斷出來，一不小心，就很容易觸電，所以，電源是一種危險源。電擊可能會造成極劇烈疼痛，時常會被黑心人士用來[[酷刑|刑求]]，稱為[[電刑]]。在刑法裏，電刑也是一種處死的方法<ref>
{{Citation
| first = J.H. | last = Lipschultz
| first2 = M.L.J.H. | last2 = Hilt
| title = Crime and Local Television News
| publisher = Lawrence Erlbaum Associates
| year = 2002
| page = 95
| isbn = 0-8058-3620-9}}
</ref>。

=== 大自然的電現象 ===
[[File:Electric-eel2.jpg|thumb|right|150px|一隻電鰻正在尋找獵物。]]
電並不是純粹人為的發明，可以從大自然觀察到的電現象很多。最為人知的現象是[[閃電]]。很多熟悉的宏觀作用，像[[觸覺|接觸]]、[[摩擦]]、[[化學鍵]]等等，都是由原子尺寸的電場作用產生的。地球核心的[[發電機原理|循環電流]]造成了的[[地磁場]]<ref>{{citation|first=Thérèse |last=Encrenaz|title=The Solar System　|page=pp. 217|publisher=Springer |isbn=3540002413|year=2004}}</ref>。某些[[晶體]]，像[[石英]]，或者甚至[[砂糖]]，當感受外部壓強時，會在其表面之間產生電壓，這現象稱為[[壓電效應]]。逆反過來，當施加電場於一個[[壓電效應|壓電物質]]時，物質的尺寸會出現稍小改變<ref name=crystallography>{{citation|first=José |last=Lima-de-Faria|first2=Martin J.| last2= Buerger|title=Historical Atlas of Crystallography|page=pp. 67| publisher=Springer|isbn=079230649X|year=1990}}</ref>。

有些生物，像[[鯊魚]]，能夠探測和響應電場的改變。這種能力稱為[[電覺]]（{{lang|en|electroreception}}）<ref name=Biodynamics>{{citation| first = Vladimir & Tijana | last = Ivancevic| title = Natural Biodynamics| page =pp. 602| publisher = World Scientific| year = 2005| isbn = 9812565345}}</ref> 。另外有些生物，能夠自身製造高壓電，用來攻擊對方或防衛自己。[[裸背魚目]]裏的生物，最著名的例子是[[電鰻]]，用改變了的肌肉細胞，稱為[[發電細胞]]（{{lang|en|electrocyte}}），所製造的高壓電，來探測或電昏其獵物<ref name=Electroreception/><ref name=morris/>。所有動物沿著牠們的[[細胞膜]]以電壓搏動，稱為[[動作電位]]，來傳達信息。動作電位的功能包括[[神經系統]]的[[神經元]]與肌肉之間的信息傳遞<ref name="neural science">{{citation| first = E. | last = Kandel | first2 = J.| last2 = Schwartz| first3 = T.| last3 = Jessell| title = Principles of Neural Science| pages =pp.  27-28| year = 2000| publisher = McGraw-Hill Professional| isbn = 0838577016}}</ref>。電擊會刺激這系統，使肌肉收縮<ref>{{citation| first = Paul | last = Davidovits| title = Physics in Biology and Medicine| pages =pp. 204-205| year = 2007| publisher = Academic Press| isbn = 9780123694119}}</ref>。動作電位也負責協調某些植物的功能<ref name="neural science"/>。

== 參閱 ==
{{Portal box|能源|電子學}}
* [[發電廠]]
* [[高斯定律]]
* [[安培定律]]
* [[量子電動力學]]
* [[電力市場]]，銷售電能
*{{Lookfrom}}

== 註釋 ==
{{reflist|group="註"}}

== 參考文獻 ==
{{reflist|2}}

== 外部連結 ==
* [[麻省理工學院]]物理系視聽教學：[http://ocw.mit.edu/OcwWeb/Physics/8-02Electricity-and-MagnetismSpring2002/VideoAndCaptions/index.htm 初級電磁學]。
* [[佛羅里達州立大學]] Magnet Lab 網頁：[http://www.micro.magnet.fsu.edu/electromag/java/index.html 電磁學入門]

{{電磁學}}
{{Authority control}}
[[Category:電學|D]]
{{Good article}}