Ηλεκτρισμός

Ο ηλεκτρισμός είναι γενικός όρος που περιλαμβάνει τα «ηλεκτρικά φαινόμενα», δηλαδή ένα σύνολο από φυσικά φαινόμενα που σχετίζονται με την παρουσία και τη ροή ηλεκτρικού φορτίου. Ο ηλεκτρισμός συνδέεται με μια ευρεία ποικιλία από πολύ γνωστά φαινόμενα, όπως οι αστραπές, ο στατικός ηλεκτρισμός, η ηλεκτρομαγνητική επαγωγή και το ηλεκτρικό ρεύμα. Επιπρόσθετα, ο ηλεκτρισμός μαζί με τον μαγνητισμό αποτελούν την ενιαία έκφραση του ηλεκτρομαγνητισμού, μιας από τις τέσσερις θεμελιώδεις αλληλεπιδράσεις, και μαζί επιτρέπουν τη δημιουργία και τη μετάδοση της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, όπως για παράδειγμα τα ραδιοκύματα. Τα ηλεκτρικά φορτία παράγουν ηλεκτρομαγνητικά πεδία, που αλληλεπιδρούν με άλλα ηλεκτρικά φορτία.

Τα ηλεκτρικά φαινόμενα έχουν αρχίσει να μελετούνται από την Αρχαιότητα. Ιστορικά ως έννοια έχει τις ρίζες του στην παρατήρηση του Θαλή του Μιλήσιου (περίπου το 600 π.Χ.) ότι κομμάτι ήλεκτρου (κεχριμπάρι) που τρίβεται σε ξηρό ύφασμα έλκει μικρά κομμάτια άχυρου. Εξ ου και η ονομασία «ηλεκτρισμός», δηλαδή το φαινόμενο που παρατηρείται στο ήλεκτρο. Η ονομασία αυτή του συνόλου των σχετικών φαινομένων άρχισε να χρησιμοποιείται από το 1600 περίπου. Όμως τα ουσιαστικά βήματα της επιστήμης που οδήγησαν σταδιακά σε πρακτικές τεχνολογικές καινοτομίες άρχισαν ουσιαστικά από το 17ο αιώνα. Οι ίδιες οι πρακτικές εφαρμογές αυτού του κλάδου της επιστήμης άρχισαν να αναπτύσσονται στα τέλη του 19ου αιώνα. Η ταχύρυθμη ανάπτυξη της ηλεκτρικής τεχνολογίας, με εφαρμογές και στο βιομηχανικό και στον οικιακό τομέα, μετέβαλλε αρκετά τις ανθρώπινες κοινωνίες, χάρη στην εξαιρετική ευελιξία της ηλεκτρικής ενέργειας, να μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε ένα σχεδόν απεριόριστο σύνολο εφαρμογών που περιλαμβάνουν τις μεταφορές, τη θέρμανση, το φωτισμό, τις επικοινωνίες, και τέλος τον υπολογισμό, την αποθήκευση και τη μετάδοση πληροφοριών. Η ηλεκτρική ενέργεια είναι η «ραχοκοκκαλιά» της σύγχρονης βιομηχανικής κοινωνίας, αλλά και της ακόμη πιο σύγχρονης κοινωνίας της πληροφορίαςJones, D.A. (1991), "Electrical engineering: the backbone of society", Proceedings of the IEE: Science, Measurement and Technology 138 (1): 1–10, doi:10.1049/ip-a-3.1991.0001.

 Ιστορία 

 Αρχαιότητα 
δεξιά|μικρογραφία|170px|Θαλής ο Μιλήσιος.

Πολύ πριν γίνει (τεκμηριωμένα) γνωστή στην ανθρωπότητα οποιαδήποτε γνώση περί ηλεκτρισμού, υπήρξαν στην αρχαιότητα άνθρωποι που ήταν ενήμεροι για το ηλεκτροσόκ που προκαλεί η επαφή με κάποιο ηλεκτροφόρο ψάρι. Βρέθηκαν αρχαία αιγυπτιακά κείμενα, χρονολογημένα από το 2750 π.Χ., που αναφέρουν την ύπαρξη ηλεκτροφόρων ψαριών στον ποταμό Νείλο. Τα ψάρια αυτά αναφέρθηκαν (στα προαναφερόμενα κείμενα) ως «κεραυνοί του Νείλου» και περιγράφηκαν ως οι «προστάτες» όλων των άλλων ψαριών. Η παρουσία ηλεκτροφόρων ψαριών αναφέρθηκε ξανά, μερικές χιλιετίες αργότερα, από αρχαίους Έλληνες, Ρωμαίους και Άραβες φυσιοδίφες και γιατρούςMoller, Peter; Kramer, Bernd (December 1991), "Review: Electric Fish", BioScience (American Institute of Biological Sciences) 41 (11): 794–6 [794], doi:10.2307/1311732, JSTOR 1311732. Αρκετοί αρχαίοι συγγραφείς, όπως ο Πλίνιος ο Πρεσβύτερος και ο Σκριβόνιους Λάργκους (Scribonius Largus), ανέφεραν την πρόκληση αναισθησίας από γατόψαρο και ηλεκτροφόρο σαλάχι, καθώς επίσης και τη γνώση ότι τέτοια ηλεκτροσόκ μπορούσαν να μεταδοθούν μέσω διαφόρων αγώγιμων αντικειμένωνBullock, Theodore H. (2005), Electroreception, Springer, pp. 5–7, ISBN 0-387-23192-7.. Ασθενείς που έπασχαν από ασθένειες όπως αρθρίτιδα ή πονοκέφαλο έλαβαν την εντολή (από γιατρούς της εποχής) να αγγίξουν ηλεκτρικά ψάρια, με την ελπίδα ότι το ισχυρό τράνταγμα από το ηλεκτροσόκ θα μπορούσε να τους θεραπεύσειMorris, Simon C. (2003), Life's Solution: Inevitable Humans in a Lonely Universe, Cambridge University Press, pp. 182–185, ISBN 0-521-82704-3.. Πιθανώς η παλαιότερη και πλησιέστερη προσέγγιση στην ανακάλυψη της ταυτότητας της αστραπής, αλλά και του ηλεκτρισμού γενικά από κάθε άλλη πηγή, μπορεί να αποδοθεί στους Άραβες, οι οποίοι πριν από το 15ο αιώνα είχαν την αραβική λέξη raad για την αστραπή να χρησιμοποιείται (επίσης) για την ηλεκτρική εκκέννωσηThe Encyclopedia Americana; a library of universal knowledge (1918), New York: Encyclopedia Americana Corp..

Οι αρχαίοι πολιτισμοί γύρω από τη Μεσόγειο ήξεραν ότι κάποια αντικείμενα, όπως ράβδοι από κεχριμπάρι, όταν τριφτούν με κάποιο κατάλληλο υλικό όπως, για παράδειγμα, το τρίχωμα της γάτας, έλκουν ελαφρά αντικείμενα, όπως τα πούπουλα. Ο Θαλής ο Μιλήσιος έκανε μια σειρά από παρατηρήσεις πάνω στο στατικό ηλεκτρισμό, γύρω στο 600 π.Χ., από τις οποίες πίστευε ότι η τριβή μετατρέπει (προσωρινά) το κεχριμπάρι σε ένα είδος μαγνήτη, σε αντιδιαστολή με κάποια ορυκτά, όπως ο μαγνητίτης, που είναι μόνιμοι μαγνήτες, χωρίς να χρειάζονται τριβήStewart, Joseph (2001), Intermediate Electromagnetic Theory, World Scientific, p. 50, ISBN 981-02-4471-1Simpson, Brian (2003), Electrical Stimulation and the Relief of Pain, Elsevier Health Sciences, pp. 6–7, ISBN 0-444-51258-6.. Ο Θαλής είχε άδικο όσον αφορά στο ότι η έλξη των πούπουλων από το κεχριμπάρι γινόταν χάρη σε ένα μαγνητικό φαινόμενο, αλλά αργότερα η επιστήμη απέδειξε ότι πράγματι υπάρχει σύνδεση μεταξύ του μαγνητισμού και του ηλεκτρισμού. Σύμφωνα με μια αμφισβητούμενη θεωρία, οι Πάρθοι μπορεί να είχαν γνώση της ηλεκτρόλυσης, με βάση την ανακάλυψη, το 1936, της μπαταρίας της Βαγδάτης, η οποία μοιάζει με ένα γαλβανικό στοιχείο, αν και είναι αβέβαιο ότι το τεχνούργημα αυτό ήταν ηλεκτρικό στη φύση τουFrood, Arran (27 February 2003), Riddle of 'Baghdad's batteries', BBC, retrieved 2008-02-16..

 17ος αιώνας 
Ο ηλεκτρισμός θα παρέμενε σαν κάτι περισσότερο από μια διανοητική περιέργεια για πολλούς αιώνες, μέχρι το 1600, οπότε ο Άγγλος επιστήμονας Γουΐλιαμ Γκίλμπερτ (William Gilbert) έκανε μια προσεκτική μελέτη πάνω στον ηλεκτρισμό και στον μαγνητισμό, διακρίνοντας τον στατικό ηλεκτρισμό που παράγεται από το τρίψιμο κεχριμπαριού από τον μαγνητισμό. Αυτός επινόησε τη νεολατινική λέξη «electricus», από την ελληνική λέξη «ἤλεκτρον», που ήταν η αρχαία ελληνική λέξη για το κεχριμπάρι, για να αναφερθεί στην ιδιότητα έλξης μικρών ελαφρών αντικειμένων από άλλα, μετά από τριβήBaigrie, Brian (2006), Electricity and Magnetism: A Historical Perspective, Greenwood Press, pp. 7–8, ISBN 0-313-33358-0.. Ο συσχετισμός αυτός «γέννησε» τις αγγλικές λέξεις «electric» και «electricity» [που μεταφέρθηκαν αργότερα, ως αντιδάνειο, και στην ελληνική με τις λέξεις «ηλεκτρικός» (επίθετο) και «ηλεκτρισμός» (ουσιαστικό)]. Αυτές οι (νέες τότε) αγγλικές λέξεις εμφανίστηκαν για πρώτη φορά σε έντυπη μορφή στο σύγγραμμα «Pseudodoxia Epidemica», του 1646, από τον Τόμας Μπράουν (Thomas Browne)Chalmers, Gordon (1937), "The Lodestone and the Understanding of Matter in Seventeenth Century England", Philosophy of Science 4 (1): 75–95, doi:10.1086/286445.
δεξιά|μικρογραφία|150px|Βενιαμίν Φραγκλίνος.

 18oς & 19ος αιώνας 
Περαιτέρω εργασία διενεργήθηκε από τον Ότο φον Γκέρικε, από τον Ρόμπερτ Μπόιλ, από τον Στήβεν Γκρέυ και τον Σαρλ Φρανσουά ντε Σίστερνυ ντε Φε (Charles François de Cisternay du Fay). Τον 18ο αιώνα, ο Βενιαμίν Φραγκλίνος έκανε εκτεταμένη έρευνα στον ηλεκτρισμό, πουλώντας τα υπάρχοντά του, για να χρηματοδοτήσει το έργο του. Τον Ιούνιο του 1752 πραγματοποίησε ένα πολύ φημισμένο πείραμα, δένοντας ένα μεταλλικό κλειδί στην ουρά ενός χαρταετού, που πέταξε σε ένα θυελλώδη ουρανόSrodes, James (2002), Franklin: The Essential Founding Father, Regnery Publishing, pp. 92–94, ISBN 0-89526-163-4 It is uncertain if Franklin personally carried out this experiment, but it is popularly attributed to him..αριστερά|μικρογραφία|150px|Μάικλ Φαραντέι. Η δημιουργία μιας αλληλουχίας σπινθήρων από το κλειδί ως το χέρι του, που κρατούσε το σκοινί του χαρταετού, απέδειξε ότι η αστραπή είναι όντως φυσικός (στατικός) ηλεκτρισμόςUman, Martin (1987), All About Lightning (PDF), Dover Publications, ISBN 0-486-25237-X.. Επίσης εξήγησε τη φαινομενικά παράδοξη συμπεριφορά του δοχείου Λέιντεν (Leyden jar), μιας συσκευής που αποθήκευε, σχετικά, μεγάλες ποσότητες ηλεκτρικού φορτίου.

Το 1791, ο Λουίτζι Γκαλβάνι δημοσίευσε την ανακάλυψή του για τον βιοηλεκτρισμό, επιδεικνύοντας ότι διαμέσου των νευρώνων μεταδίδονται ηλεκτρικά σήματα προς τους μύες.Kirby, Richard S. (1990), Engineering in History, Courier Dover Publications, pp. 331–333, ISBN 0-486-26412-2. Η μπαταρία ή ηλεκτρική στήλη (voltaic pile) του Αλεσάντρο Βόλτα, το 1800, που κατασκευάστηκε από εναλλασσόμενα ελάσματα ψευδαργύρου και χαλκού, προμήθευσε στους επιστήμονες μια πιο αξιόπιστη πηγή ηλεκτρικής ενέργειας σε σχέση με τις ηλεκτροστατικές γεννήτριες (electrostatic generator) που χρησιμοποιούνταν προηγουμένως. Η αναγνώριση του ηλεκτρομαγνητισμού ως μιας ενότητας των ηλεκτρικών και μαγνητικών φαινομένων, άρχισε από τους Χανς Κρίστιαν Έρστεντ και Αντρέ Μαρί Αμπέρ το 1819-1820. Ο Μάικλ Φαραντέι εφηύρε τον ηλεκτρικό κινητήρα, το 1821, και ο Γκέοργκ Ωμ ανέλυσε μαθηματικά το ηλεκτρικό κύκλωμα το 1827. Ο ηλεκτρισμός, ο μαγνητισμός (και το φως συνδέθηκαν (πλέον) ανεπιφύλακτα από τον Τζέιμς Κλερκ Μάξγουελ, ιδίως με την εργασία του «Περί των φυσικών δυναμικών γραμμών» (On Physical Lines of Force) το 1862 και το 1862Berkson, William (1974) Fields of force: the development of a world view from Faraday to Einstein p.148. Routledge, 1974.

Ενώ στις αρχές του 19ου αιώνα παρατηρήθηκε ταχεία πρόοδος στην ηλεκτρική επιστήμη, στα τέλη του 19ου αιώνα παρατηρήθηκε η μεγαλύτερη πρόοδος στην ηλεκτρική μηχανική. Άνθρωποι όπως ο Αλεξάντερ Γκράχαμ Μπελ, ο Οττό Μπλάθυ (Ottó Bláthy), ο Τόμας Έντισον, ο Γαλιλαίος Φερράρις (Galileo Ferraris), ο Όλιβερ Χέβισαϊντ (Oliver Heaviside), ο Άνυος Τζέντλαϊκ (Ányos Jedlik), ο Ουίλιαμ Τόμσον, ο Τσαρλς Άλγκερον Πάρσονς (Sir Charles Algernon Parsons), ο Βέρνερ φον Ζίμενς, ο Τζόζεφ Σουάν (Joseph Swan), ο Νίκολα Τέσλα και ο Τζωρτζ Γουέστινγκχαουζ (George Westinghouse), μετέτρεψαν τον ηλεκτρισμό από θέμα απλής επιστημονικής περιέργειας σε νευραλγικής σημασίας εργαλείο της σύγχρονης ζωής και την κινητήρια δύναμη της Δεύτερης Βιομηχανικής ΕπανάστασηςMarković, Dragana, The Second Industrial Revolution, retrieved 2007-12-09..

Το 1887, ο Χάινριχ Χερτζ ανακάλυψε ότι τα ηλεκτρόδια που φωτίζονται με υπεριώδες φως παράγουν ευκολότερα ηλεκτρικούς σπινθήρες.

 20ός αιώνας 
Το 1905, ο Άλμπερτ Αϊνστάιν δημοσίευσε ένα φυλλάδιο που εξηγούσε πειραματικά δεδομένα από το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο ως αποτέλεσμα της επίδρασης της ενέργειας του φωτός που μεταφέρεται σε διακριτά κβαντισμένα πακέτα, ενεργοποιώντας ηλεκτρόνια. Αυτή η ανακάλυψη οδήγησε την «κβαντική επανάσταση». Ο Αϊνστάϊν βραβεύθηκε με το Βραβείο Νόμπελ Φυσικής του 1921 για αυτήν την ανακάλυψηJohn Sydney Blakemore, Solid state physics, pp.1-3, Cambridge University Press, 1985 ISBN 0-521-31391-0.. Το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο επίσης εμπλέκεται στα φωτοκύτταρα και στα φωτοβολταϊκά και με αυτές τις μορφές χρησιμοποιήθηκε συχνά σε εμπορικά αξιοποιήσιμες εφαρμογές.

Η πρώτη ηλεκτρονική συσκευή στερεάς κατάστασης ήταν ο «ανιχνευτής σύρμα γάτας», που χρησιμοποιήθηκε τη δεκαετία του 1900 σε δέκτες ραδιοσημάτων. Ένα μυστακοειδές σύρμα τοποθετούνταν σε ελαφρά επαφή με ένα στερεό κρύσταλλο (όπως ένας κρύσταλλος γερμανίου) με σκοπό να ανιχνευθεί ένα σήμα ραδιοκυμάτων με το φαινόμενο διασταύρωσης"Solid state", The Free Dictionary.. Σε συστατικά στερεής κατάστασης το φαινόμενο επιβεβαιώνεται τόσο στερεά χημικά στοιχεία και ενώσεις που διαμορφώνονται ειδικά στο να εφαρμόζουν και να διακόπτουν την παροχή του έτσι παραγόμενου ηλεκτρικού ρεύματος. Το ηλεκτρικό ρεύμα διαδίδεται με δυο κατανοητές μορφές: α) Με αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια και β) με θετικά φορτισμένα ηλεκτρονιακά κενά, που ονομάζονται «τρύπες». Αυτά τα φορτία και οι τρύπες είναι κατανοητά σε όρους κβαντικής φυσικής. Το δομικό υλικό αυτών είναι συχνά ένας κρυσταλλικός ημιαγωγόςRichard C. Jaeger, Travis N. Blalock, Microelectronic circuit design, pp.46-47, McGraw-Hill Professional, 2003 ISBN 0-07-250503-6..

Η ηλεκτρονική συσκευή στερεάς κατάστασης οδήγησε από μόνη της στην εφεύρεση της κρυσταλλοτριόδου το 1947. Οι συνηθισμένες ηλεκτρονικές συσκευές στερεάς κατάστασης συμπεριλαμβάνουν τις κρυσταλλοτριόδους, τους μικροεπεξεργαστές, και τις μονάδες μνήμης τυχαίας προσπέλασης. Ένας εξειδικευμένος τύπος μνήμης τυχαίας προσπέλασης περιλαμβάνει τις μνήμες φλας που χρησιμοποιούνται στις μνήμες USB και (πιο πρόσφατα) σε οδηγούς στερεής κατάστασης (solid state drives), που χρησιμοποιούνται για να αντικαταστήσουν τους μηχανικά περιστρεφόμενους μαγνητικούς σκληρούς δίσκους. Οι ηλεκτρονικές συσκευές στερεής κατάστασης επικράτησαν τις δεκαετίες του 1950 και του 1960, κατά τη διάρκεια της μετάβασης από τις ηλεκτρονικές λυχνίες στις ημιαγωγικές διόδους, στις κρυσταλλοτριόδους, στα ολοκληρωμένα κυκλώματα (IC) και στις διόδους εκπομπής φωτός (LED).

 Επιμέρους θέματα του ηλεκτρισμού 
Ο όρος ηλεκτρισμός αναφέρεται σε πολλά επί μέρους θέματα, τα οποία εξηγούνται καλύτερα με πιο ακριβείς όρους, οι κυριότεροι από τους οποίους είναι οι ακόλουθοιΕδώ, στην εισαγωγή του άρθρου, αναφέρονται επιγραμματικά. Για περισσότερες σχετικές πληροφορίες δείτε παρακάτω και στα οικεία άρθρα, μέσω των υπερσυνδέσεων.:

 Ηλεκτρικό φορτίο: Είναι μια ιδιότητα κάποιων υποατομικών σωματιδίων, που καθορίζει τις ηλεκτρομαγνητικές τους αλληλεπιδράσεις. Η ηλεκτρικά φορτισμένη ύλη δημιουργεί και αλληλεπιδρά με ηλεκτρομαγνητικά πεδία. Μετριέται σε κουλόμπ (C ή Cb).
 Ηλεκτρικό ρεύμα: Η κίνηση ή η ροή ηλεκτρικά φορτισμένων σωματιδίων. Μετριέται σε αμπέρ A).
 Ηλεκτρικό πεδίο: Ένας εξαιρετικά απλός τύπος ηλεκτρομαγνητικού πεδίου, που παράγεται από ένα ηλεκτρικό φορτίο ακόμη κι αν είναι ακίνητο. Το ηλεκτρικό πεδίο παράγει ζεύγη δυνάμεων αλληλεπίδρασης με κάθε άλλο ηλεκτρικό φορτίο που βρίσκεται μέσα στην περιοχή του. Η κίνηση ενός ηλεκτρικού φορτίου παράγει επιπλέον ένα μαγνητικό πεδίο.
 Ηλεκτρικό δυναμικό: Είναι η δυνατότητα ενός ηλεκτρικού πεδίου να δημιουργήσει δυνάμεις αλληλεπίδρασης σε άλλα ηλεκτρικά φορτία. Μετριέται τυπικά σε Βολτ (V).
 Ηλεκτρομαγνήτες: Τα ηλεκτρικά ρεύματα παράγουν μαγνητικά πεδία και τα κινούμενα μαγνητικά πεδία παράγουν ηλεκτρικά ρεύματα.

Η ηλεκτρολογική μηχανική αναπτύσσει και μελετά τις πρακτικές εφαρμογές του ηλεκτρισμού και φυσικά μεγέθη, όπως για παράδειγμα:
 Ηλεκτρική ισχύς: Η ενέργεια που ένα ηλεκτρικό ρεύμα χρησιμοποιεί για να ενεργοποιήσει ένα μηχανισμό.
 Ηλεκτρονική: Ασχολείται με ηλεκτρικά κυκλώματα που ασχολούνται με ενεργά ηλεκτρικά εξαρτήματα, όπως σωλήνες κενού, κρυσταλλολυχνίες, διόδους, ολοκληρωμένα κυκλώματα, και σχετικές παθητικές τεχνολογίες διασύνδεσης.

 Ηλεκτρικό φορτίο 

μικρογραφία|Το ηλεκτρικό φορτίο σε ένα ηλεκτροσκόπιο χρυσού - μολύβδου προκαλεί τα διαφορετικά μεταλλικά φύλλα φαινομενικά να απωθούνται μεταξύ τους.

Η παρουσία ηλεκτρικού φορτίου σε δυο τουλάχιστον σώματα (που έχουν πλησιάσει μεταξύ τους) προκαλεί την εμφάνιση ενός ζεύγους ηλεκτροστατικών δυνάμεων μεταξύ τους. Το φαινόμενο αυτό ήταν γνωστό, αν και όχι και κατανοητό, από την Αρχαιότητα. Μια ελαφριά σφαίρα που κρέμεται από ένα νήμα μπορεί να φορτιστεί ηλεκτρικά με την επαφή της με μια γυάλινη ράβδο που έχει φορτιστεί με τη σειρά της με την τριβή της με ένα κομμάτι ύφασμα. Μια παρόμοια σφαίρα που φορτίζεται με παρόμοιο τρόπο απωθείται από την πρώτη (αν πλησιάσουν μεταξύ τους). Εμφανίζεται δηλαδή ένα ζεύγος ηλεκτροστατικών δυνάμεων που εφαρμόζεται στις δυο σφαίρες και τείνει να τις απομακρύνει. Το ίδιο συμβαίνει αν οι δυο σφαίρες φορτιστούν από μια όμοια φορτισμένη ράβδο από κεχριμπάρι. Αλλά αν η μια σφαίρα φορτιστεί από γυάλινη ράβδο και η άλλη από κεχριμπαρένια τότε οι δυο σφαίρες έλκονται μεταξύ τους αντί να απωθούνται. Αυτά τα φαινόμενα έχουν ερευνηθεί στα τέλη του 19ου αιώνα από το Σαρλ Ωγκυστέν ντε Κουλόμπ, που έδειξε ότι η ίδια δύναμη εμφανίζεται σε δυο αντίθετες κατευθύνσεις. Η ανακάλυψη αυτή οδήγησε στο πολύ γνωστό αξίωμα: «Τα ομώνυμα φορτία απωθούνται και τα ετερώνυμα φορτία έλκονται». Αυτό οφείλεται στη δύναμη που δημιουργείται μεταξύ τους. Το μέτρο της δύναμης που ασκείται δίνεται από το Νόμο του Κουλόμπ.

Το ηλεκτρικό φορτίο (γενικά) είναι μια ιδιότητα κάποιων υποατομικών σωματιδίων, όπως των ηλεκτρονίων και των πρωτονίων, τα οποία αλληλεπιδρούν μέσω ηλεκτρομαγνητικών πεδίων και δημιουργούν ελκτικές ή απωστικές δυνάμεις μεταξύ τους. Είναι υπεύθυνο για μια από τις τέσσερις θεμελιώδεις αλληλεπιδράσεις της φύσης, την ηλεκτρομαγνητική και είναι μια διατηρούμενη ποσότητα της ύλης, η οποία . Υπάρχουν δύο είδη φορτίων: το ένα ονομάζεται θετικό και το άλλο αρνητικό.

 Ηλεκτρικό δυναμικό 

Η διαφορά ηλεκτρικού δυναμικού μεταξύ δύο σημείων ορίζεται ως το έργο προς τη μονάδα του φορτίου που χρειάζεται να καταναλωθεί (ενάντια στις ηλεκτρικές δυνάμεις), ώστε να μετακινηθεί ένα θετικό σημειακό φορτίο αργά ανάμεσα στα δύο σημεία. Εάν το ένα από τα σημεία θεωρείται ως σημείο αναφοράς με δυναμικό ίσο με το μηδέν, τότε το ηλεκτρικό δυναμικό σε οποιοδήποτε σημείο ορίζεται ως το έργο που χρειάζεται προς τη μονάδα φορτίου για να μετακινηθεί ένα θετικό σημειακό φορτίο από το σημείο αναφοράς στο σημείο προσδιορισμού του δυναμικού. Για απομονωμένα φορτία, το σημείο αναφοράς είναι συνήθως το άπειρο. Το δυναμικό μετριέται σε Βολτ (1 Βολτ = 1 Τζάουλ/Κουλόμπ) Το ηλεκτρικό δυναμικό είναι ανάλογο της θερμοκρασίας: υπάρχει διαφορετική θερμοκρασία για κάθε σημείο στο χώρο, και η κλίση της θερμοκρασίας δείχνει τη διεύθυνση και το μέτρο της δύναμης σε κάθε αλλαγή της θερμοκρασίας. Αντίστοιχα, υπάρχει ένα ηλεκτρικό δυναμικό σε κάθε σημείο στο χώρο, και η κλίση του δείχνει τη διεύθυνση και το μέτρο της δύναμης σε κάθε κίνηση φορτίου.

 Ηλεκτρικό πεδίο 

Η έννοια των ηλεκτρικών πεδίων εισήχθηκε από τον Μάικλ Φαραντέι. Η δύναμη του ηλεκτρικού πεδίου δρα ανάμεσα σε δύο φορτία, με τον ίδιο τρόπο με τον οποίο η βαρυτική δύναμη δρα ανάμεσα σε δύο μάζες. Το ηλεκτρικό πεδίο, όμως, είναι λίγο διαφορετικό. Η βαρυτική δύναμη εξαρτάται από τη μάζα δύο σωμάτων, ενώ η ηλεκτρική δύναμη από τα ηλεκτρικά φορτία αυτών. Ενώ η βαρύτητα μπορεί μόνο να έλξει δύο μάζες, η ηλεκτρική δύναμη μπορεί να είναι είτε ελκτική, είτε απωστική. Εάν και τα δύο φορτία είναι ίδιου προσήμου (π.χ. θετικά), τότε θα υπάρξει μια απωστική δύναμη μεταξύ τους. Εάν τα φορτία είναι αντίθετα, τότε η δύναμη θα είναι ελκτική ανάμεσα στα δύο αντικείμενα. Το μέτρο της δύναμης είναι αντιστρόφως ανάλογο του τετραγώνου της απόστασης των δύο σωμάτων και ανάλογο του γινομένου των μέτρων των φορτίων τους.

 Ηλεκτρικό ρεύμα 


Το ηλεκτρικό ρεύμα είναι μια ροή ηλεκτρικού φορτίου, και η έντασή του μετριέται σε Αμπέρ. Παραδείγματα ηλεκτρικού ρεύματος περιλαμβάνουν την αγωγιμότητα των μετάλλων, όπου τα ηλεκτρόνια ρέουν μέσω ενός αγωγού, όπως για παράδειγμα μέσω ενός μεταλλικού καλωδίου, και την ηλεκτρόλυση, όπου τα ιόντα (φορτισμένα άτομα) ρέουν μέσω ενός υγρού. Τα ίδια τα σωματίδια κινούνται συχνά αρκετά αργά, ενώ το ηλεκτρικό πεδίο που ευθύνεται για την κίνησή τους διαδίδεται με ταχύτητα κοντά σε αυτή του φωτός. Δείτε επίσης και ηλεκτρική αγωγιμότητα για περισσότερες πληροφορίες.

Οι συσκευές που χρησιμοποιούν της αρχές της ροής ηλεκτρικού φορτίου σε υλικά, ονομάζονται ηλεκτρονικές συσκευές.

Το συνεχές ρεύμα (DC) έχει σταθερή κατεύθυνση ροής, ενώ το εναλλασσόμενο ρεύμα (ΑC) αλλάζει διαρκώς κατεύθυνση. Η μέση χρονική τιμή ενός εναλλασσόμενου ρεύματος είναι μηδενική, αλλά όχι και η ικανότητα να δώσει ενέργεια (τιμή RMS).

Ο Νόμος του Ωμ είναι μια σημαντική σχέση, η οποία περιγράφει την συμπεριφορά των ηλεκτρικών ρευμάτων σε σχέση με την πηγή.

Για ιστορικούς λόγους θεωρούμε πως το ηλεκτρικό ρεύμα ρέει από το πιο θετικό μέρος ενός κυκλώματος στο πιο αρνητικό. Η φορά του ηλεκτρικού ρεύματος που ορίζεται έτσι ονομάζεται συμβατική φορά.

 Ηλεκτρική ενέργεια 

Η ηλεκτρική δύναμη είναι ο βαθμός κατά τον οποίο η ηλεκτρική ενέργεια μεταφέρεται μέσω ενός ηλεκτρικού κυκλώματος. Κατά το Διεθνές Σύστημα Μονάδων και Σταθμών η μονάδα μέτρησης της ηλεκτρικής ενέργειας είναι το βατ, το οποίο ισοδυναμεί με ένα τζάουλ ανά δευτερόλεπτο.

Η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας συνήθως γίνεται με ηλεκτρογεννήτριες, και μπορεί επίσης να αποθηκευτεί χημικώς σε μπαταρίες ή άλλα παρόμοια μέσα. Η παροχή της σε ευρεία κλίματα γίνεται μέσω της βιομηχανίας παραγωγής και διάθεσης ηλεκτρισμού, όπου η πώληση της στους καταναλωτές γίνεται συνήθως λογίζοντας την κιλοβατώρα (1000 βατ) ανά ώρα. Για την παρακολούθηση της κατανάλωσης χρησιμοποιούνται ηλεκτρικοί μετρητές, όπου καταγράφονται το σύνολο της κατανάλωσης και το χρονικό διάστημα της.

Αντίθετα με τα ορυκτά καύσιμα, η ηλεκτρική ενέργεια διαθέτει χαμηλή εντροπία και μπορεί να μετατραπεί με υψηλή αποδοτικότητα σε άλλες μορφές ενέργειας, όπως κίνηση ή θερμότητα.Environmental Physics By Clare Smith 2001

 Ηλεκτρονικά κυκλώματα 
μικρογραφία|Συγκόλληση ηλεκτρονικού εξαρτήματος σε πλακέτα Arduino 

Η ηλεκτρονική ασχολείται με τα ηλεκτρικά κυκλώματα τα οποία διαθέτουν ενεργά ηλεκτρικά εξαρτήματα όπως λυχνίες κενού, κρυσταλολυχνίες / τρανζίστορ, διόδους, και ενσωματωμένα κυκλώματα τα οποία είναι διασυνδεδεμένα μεταξύ τους. Η μη γραμμική λειτουργία των ενεργών εξαρτημάτων και η ικανότητα τους να ελέγχουν την ροή, συχνότητα και ένταση της ηλεκτρικής ενέργειας που τα διαπερνά, σε συνδυασμό με την ψηφιοποίηση των πληροφοριών σε ηλεκτρονικούς υπολογιστές, χρησιμοποιείται για τους τομείς της επεξεργασίας πληροφοριών, τηλεπικοινωνίες, και επεξεργασία σημάτων. Η διασύνδεση των εξαρτημάτων γίνεται επί των ηλεκτρονικών πλακετών, και άλλων μορφών διασύνδεσης οι οποίες βοηθούν στον σχηματισμό των ηλεκτρονικών κυκλωμάτων τα οποία μπορούν να γίνουν αρκετά σύνθετα και να αποτελούσαν ολοκληρωμένα συστήματα.

Οι περισσότερες ηλεκτρονικές συσκευές χρησιμοποιούν ημιαγωγούς για τον έλεγχο των ηλεκτρονίων. Η μελέτη της τεχνολογίας ημιαγωγών θεωρείται κλάδος της φυσικής στερεών σωμάτων, ενώ ο σχεδιασμός και κατασκευή των κυκλωμάτων είναι τμήμα της ηλεκτρονικής μηχανικής.

 Ηλεκτρομαγνητικά κύματα 

Η εργασία των Φάραντεϊ και Αμπέρ έδειξε πως ένα μαγνητικό πεδίο μπορούσε να συμπεριφερθεί ως η πηγή ενός ηλεκτρικού πεδίου, ενώ αντίστοιχα ένα ηλεκτρικό πεδίο μπορούσε να είναι η πηγή ενός μαγνητικού πεδίου. Έτσι όποτε δημιουργείται ένα από τα 2 πεδία, παράλληλα συνεπάγεται και το άλλο. Το φαινόμενο αυτό παρουσιάζει τις ιδιότητες κύματος, και αναφέρεται ως ηλεκτρομαγνητικό κύμα. Η θεωρητική φύση των κυμάτων αυτών μελετήθηκε αναλυτικά από τον Τζέιμς Κλερκ Μάξγουελ το 1864, με τον Μάξγουελ να δημιουργεί μια ομάδα από εξισώσεις οι οποίες περιέγραφαν τους συσχετισμούς μεταξύ των ηλεκτρικών πεδίων, μαγνητικών πεδίων, ηλεκτρικών φορτίων, και ηλεκτρικού δυναμικού. Απέδειξε επίσης πως ένα τέτοιο κύμα μπορεί να ταξιδέψει με την ταχύτητα του φωτός και επομένως πως και το ίδιο το φως είναι μια μορφή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Οι εξισώσεις του Μάξγουελ, βάσει των οποίων συσχετίζονται το φως, ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία, και το φορτίο, αποτελούν μια από τις μεγαλύτερες ανακαλύψεις της θεωρητικής φυσικής. Με την εξέλιξη αυτή, και την μετέπειτα εργασία άλλων ερευνητών, στάθηκε δυνατή και η χρήση των ηλεκτρονικών τεχνολογιών για την παραγωγή ραδιοσυχνοτήτων οι οποίες φεύγοντας από τον ραδιοπομπό μπορούν να ανιχνευθούν από τους ραδιοδέκτες σε πολύ μακρινές αποστάσεις.

 Δείτε επίσης 
 Ηλεκτρομαγνητισμός
 Ηλεκτροστατική
 Ηλεκτροπληξία
 Αστραπή

 Παραπομπές 

 Βιβλιογραφία 
 Ohanian, Φυσική τόμος Β' , μετάφραση από Α. Φίλιππα, εκδόσεις Συμμετρία.
 Haliday-Resnick, Φυσική μέρος Β, μετάφραση από Πνευματικό-Πεπονίδη, Επιστημονικές και τεχνικές εκδόσεις Γ.Α. Πνευματικού.
 Serway, Physics for Scientists and Engineers τόμος II - Ηλεκτρομαγνητισμός, απόδοση στα ελληνικά Λ. Ρεσβάνης.
 Paul G. Hewitt, Οι έννοιες της Φυσικής τόμος II, πανεπιστημιακές εκδόσεις Κρήτης, μετάφραση από Ελένη Σηφάκη.
 Hugh D. Young, Πανεπιστημιακή Φυσική τόμος Β, εκδόσεις Παπαζήση.
 Φυσική Γ.Π. Β' Ενιαίου Λυκείου, ΟΕΔΒ.
 David J. Griffiths, Εισαγωγή στην Ηλεκτροδυναμική τόμος Ι'', πανεπιστημιακές εκδόσεις Κρήτης.

 Εξωτερικοί σύνδεσμοι 

 Κείμενο με ιστορική περισσότερο σημασία
 Άρθρο σχετικά με τις επιπτώσεις του ηλεκτρισμού στην ανθρώπινη υγεία
 Ιστοσελίδα με ιστορικά στοιχεία για την μελέτη του ηλεκτρισμού από την αρχαιότητα μέχρι το 18ο αιώνα
 Σύγχρονες εφευρέσεις που σχετίζονται με τον ηλεκτρισμό