أما في الاستخدام العام، فمن المناسب استخدام كلمة«كهرباء» للإشارة إلى عدد من التأثيرات الفيزيائية. ولكن في الاستخدام العلمي، يعد المصطلح غامضًا. كما أن هذه المفاهيم المتعلقة به يُفضل تعريفها وفقًا لمصطلحات أكثر دقة كما يلي:
خضعت الظواهر الكهربائية للدراسة منذ القِدم، إلا أن علم الكهرباء لم يشهد أي تقدم حتى القرنين السابع عشر والثامن عشر. ومع ذلك فقد ظلت التطبيقات العملية المتعلقة بالكهرباء قليلة العدد، ولم يتمكنالمهندسون من تطبيق علم الكهرباء في الحقل الصناعي والاستخدامات السكنية إلا في أواخر القرن التاسع عشر. وقد أدى التقدم السريع في تكنولوجيا الكهرباء في ذلك الوقت إلى إحداث تغييرات في المجال الصناعي وفي المجتمع أيضًا. كما أن الاستعمالات المتعددة والمذهلة للكهرباء كمصدر من مصادر الطاقة أظهر إمكانية استخدامها في عدد كبير من التطبيقات مثلالمواصلاتوالتدفئةوالإضاءةوالاتصالاتوالحساب. فأساس المجتمع الصناعي الحديث يعتمد على استخدام الطاقة الكهربائية، ويمكن التكهن بأن الاعتماد على الطاقة الكهربائية سيستمر في المستقبل.
الكهرباءلفظ فارسي مركب منكاه أيالقش ومنرُبَای أي الجاذب، ومعناها جميعا جاذب القش؛[2] والمراد بكلمةكهربا في الفارسية هوالكهرمان المسمى بالعربيةالعنبر الأشهب، أما المقصود من كلمة الكهرباء في العربية فهو «جاذبية الكهرمان» والتي كانت تسمى بالعربيةخاصية الكهرباءفحذفوا كلمة الخاصية واكتفوا بلفظ الكهرباء. وبذلكتحول من الفارسية إلى العربية من معنى الفاعل (الجاذب) إلى معنى الفاعلية (الجاذبية).
الكهرمان اسمه باليونانيةالإيلقطرون[3] (معربἤλεκτρονإيلكترون أي ذو البريق، ومنهالإلكترون عند الفيزيائيين، وعليه تسمية الكهرباء في الفارسيةبرق)، واشتق منه اسم فاعليتيه فسميإلكترسمس (ηλεκτρισμός) للدلالة على الكهرباء. أماباللاتينية فالكلمة للكهرباء هي إيلكترستاس (ēlectricitās)، وهي مشتقة من إيلكتركس (ēlectricus) أي شبيه الكهرمان.
قبل معرفة الكهرباء بفترة طويلة، كان الناس على دراية بالصدمات التي يحدثهاسمك الرعاش، وقد أشارت النصوص التي تركهاقدماء المصريين، والتي يرجع تاريخها إلى سنة 2750 قبل الميلاد، إلى هذه الأسماك باسم «صاعقةنهر النيل»، كما وصفوها بأنها حامية جميع الأسماك الأخرى. وبعد حوالي ألف عام، أشار إليها أيضًاالإغريقوالرومانوعلماء الطبيعةوالأطباء المسلمون.[4] ولقد أكد الكتّاب القدامى، مثلبليني الأكبروسكريبونيس لارجوس على الإحساس بالتنميل الناتج عنالصدمات الكهربائية التي يحدثهاسمك السلّور الصاعقوأنقليس الرعاد الكهربائي. كما اكتشف هؤلاء الكتّاب أن هذه الصدمات يمكن أن تنتقل عبر الأجسام الموصلة.[5] وبجميع الأحوال، ينسب أقدم وأقرب أسلوب لاكتشاف ماهيةالبرق والكهرباء الصادرة عن أي مصدر آخر إلىالعرب الذين أطلقوا كلمة «رعد»العربية علىالرَّعَّاد قبل القرن الخامس عشر.[6] وقد كان معروفًا في الثقافات القديمة للدول المطلة علىالبحر الأبيض المتوسط أن هناك أجسامًا معينة مثل قضبانالكهرمان، يمكن حَكِّها بفرو قطة فتجذب الأجسام الخفيفة مثل الريش. وقد قام العالم والفيلسوف الإغريقي،طاليس الملطي، حوالي عام 600 قبل الميلاد بتسجيل مجموعة من الملاحظات تتعلقبالكهرباء الساكنة. وبعد هذه الملاحظات، توصل إلى أن الاحتكاك يحول الكهرمان إلى مادةمغناطيسية. وعلى عكس ذلك، لا تحتاج المعادن، مثل الماغنتيت المعروف باسمأكسيد الحديد الأسود، إلى عملية الاحتكاك حتى تكتسب صفة المغناطيسية.[7] إلا أن طاليس كان مخطئًا في اعتقاده بأن سبب الانجذاب هو التأثير المغناطيسي، فقد أثبتت الأبحاث العلمية فيما بعد وجود علاقة بين المغناطيسية والكهرباء. ووفقًا لإحدى النظريات المثيرة للجدل، فقد عرفالبارثيون، إحدى شعوببلاد فارس،الطلاء الكهربائي وفقًا لما أفادت المعلومات التي تحصلت من اكتشافبطارية بغداد عام1936. وعلى الرغم من أن هذه البطارية تشبهالخلية الجلفانية، فإنه من غير المؤكد ما إذا كانت ذات طبيعة كهربية أم لا.[8]
بنيامين فرانكلين، أبرز العلماء والباحثين في مجال الكهرباء، حيث أجرى أبحاثًا شاملة حول هذا الموضوع في القرن الثامن عشر.
ظلت الكهرباء لا تعني أكثر من مجرد فضول فكري لآلاف السنين حتى عام1600. ففي ذلك العام، أجرى الطبيب الإنجليزيويليام جيلبرت دراسة دقيقة حول الكهرباء والمغناطيسية، وفرّق فيها بين تأثيرحجر المغناطيس والكهرباء الساكنة التي تنتج عناحتكاك مادة الكهرمان.[7] وابتكر كلمة "electricus" وهي باللغةاللاتينية الجديدة («من الكهرمان» أو «شبيه الكهرمان»، ومأخوذة من "ήλεκτρον" أي «إلكترون»، وهي المرادف اليوناني لكلمة «كهرمان») للإشارة إلى خاصية جذب الأجسام الصغيرة بعد حكها.[9]أدى هذا الارتباط إلى إبراز الكلمتين "Electric" و"Electricity" اللتين ظهرتا لأول مرة في كتابتوماس براون «الأخطاء الشائعة» (باللاتينية:Pseudodoxia Epidemica) الذي صدر عام 1646.[10]
وقد قدمأوتو فون جيريكوروبرت بويلوستيفن جرايوسي إف ديو فاي المزيد من الأعمال. وأجرىبنيامين فرانكلين في القرن الثامن عشر أبحاثًا شاملة بشأن الكهرباء، حتى أنه اضطر إلى بيع ممتلكاته لتمويل أبحاثه. وقيل أنه في شهرحزيران/يونيو من سنة1752، قام بربط مفتاح معدني أسفل خيط طائرة ورقية رطب وأطلق الطائرة في سماء تنذر بهبوب عاصفة. ثم لاحظ مجموعة متلاحقة من الشرارات تخرج من المفتاح إلى ظهر يده، الأمر الذي برهن على أنالبرق ذو طبيعة كهربائية بالفعل.[11]نشرلودجي جالفاني عام1791 اكتشافه الخاصبالكهرباء الحيوية الذي أظهر أن الكهرباء هي الوسيط الذي تقوم من خلالهالخلايا العصبية بنقل الإشارات إلى العضلات.[12]
الشحنة الكهربائية هي خاصية موجودة في مجموعة معينة منالجسيمات دون الذرية، وهي سبب توليدالقوة الكهرومغناطيسية فضلاً عن تفاعلها معها. وتعد القوة الكهرومغناطيسية واحدة منالقوى الأساسية الأربعة في الطبيعة. وتنشأ الشحنة فيالذرة التي يعدالإلكترونوالبروتون أشهر حامليها. كما أنهاكمية مخزنة، أو بمعنى آخر، أن الشحنة الكائنة داخلنظام معزول ستظل ثابتة بغض النظر عن أي تغييرات تحدث داخل هذا النظام ومن الممكن أن تنتقل الشحنة بين الأجسام داخل النظام، إما عن طريق الاتصال المباشر أو المرور من خلال مادة موصلة، مثل السلك.[14] ويشير مصطلح"الكهرباء الساكنة" إلى وجود (أو عدم توازن بين) شحنات على الجسم. وعادةً ما يحدث ذلك عندما يتم حك المواد المختلفة معًا فتنتقل الشحنة من مادة إلى أخرى.
تتسبب الشحنة الكهربائية الموجودة على المكشاف الكهربائي ذهبي الوريقات في تنافرهما بشكل واضح.
إن وجود شحنة كهربائية هو ما يولد القوة الكهرومغناطيسية: إذ أن الشحنات تدفع بعضها البعضبالقوة، وهذا التأثير كان معروفًا منذ قديم الزمن على الرغم من عدم فهمه.[15] فمن الممكن شحن كرة خفيفة الوزن معلقة بسلك عن طريق ملامستها لقضيب من الزجاج مشحون من خلال حَكِّه في قطعة من القماش. وفي حالة شحن كرة أخرى مماثلة بقضيب الزجاج نفسه، يُلاحظ أنها تتنافر مع الكرة الأولى؛ حيث أن الشحنة الكهربائية ستدفع الكرتين بعيدًا عن بعضهما البعض. كما تتنافر الكرتان المشحونتان عن طريق ملامستهما لقضيب من الكهرمان تم حَكِّه في قطعة من القماش. ومع ذلك، إذا تم شحن الكرة الأولى بقضيب الزجاج والثانية بقضيب الكهرمان، فستنجذبان إلى بعضهما البعض. وقد قامتشارلي أوجستين دو كولوم ببحث هذه الظواهر في القرن الثامن عشر وتوصل إلى أن الشحنة الكهربائية تظهر في شكلين متقابلين. وأدى هذا الاكتشاف إلى المسلمة المعروفة القائلة إن: «الشحنات الكهربائية المتشابهة تتنافر والمختلفة تتجاذب».[15]
إن القوة تعمل على الجسيمات المشحونة نفسها، ومن ثم تميل الشحنة إلى الانتشار بشكل متساوٍ قدر الإمكان على سطح موصل. سواء كانت تجاذب أم تنافر من خلالقانون كولوم الذي يكوّن علاقة بين القوة وحاصل ضرب الشحنات، وبين القوةوالتربيع العكسي للمسافة بينها. أدى هذا الاكتشاف إلى البديهية الشهيرة: «قوة التنافر بين جسمين كرويين صغيرين مشحونين بالنوع نفسه من الكهرباء يتناسبان عكسيًا مع مربع المسافة بين مركزيهما».[16]تعد القوة الكهرومغناطيسية قوية جدًا، وتحتل المرتبة الثانية فقط من حيث القوة فيالتفاعلات القوية.[17] ولكن بخلاف تلك القوة، يمتد تأثير الكهرومغناطيسية عبر جميع المسافات.[18] ومقارنةًبقوة الجاذبية الأكثر ضعفًا، فإن القوة الكهرومغناطيسية التي تدفع إلكترونين بعيدًا عن بعضهما أكبر من قوةالتجاذب التثاقلي التي تجذبهما معًا بحوالي 1042 مرة.[19]
تتقابل الشحنة الكهربائية الموجودة على الإلكترونات والبروتونات، ولذلك يوصف مقدار الشحنة بأنه سالب أو موجب. وقد جرت العادة على اعتبار الشحنة التي تحملها الإلكترونات سالبة والتي تحملها البروتونات موجبة. وبدأت هذه العادة مع أعمالبنيامين فرانكلين.[20] يُرمز إلى مقدار الشحنة عادةً بالرمز "Q" ويُعبر عنه بوحدةالكولوم.[21]ويحمل كل إلكترون الشحنة نفسها والتي تساوي تقريبًا -1.6022×10−19كولوم.ويحمل البروتون شحنة متعادلة ومتقابلة، تساوي +1.6022×10−19 كولوم.ولا تنحصر الشحنة الكهربائية فيالمادة فقط، بل توجد كذلك فيالمادة المضادة. فكلجسيم مضاد يحمل شحنة متعادلة ومتقابلة مع الجسيم المماثل له.[22]
بالإضافة إلى ذلك، من الممكن قياس الشحنة الكهربائية بعدة وسائل، مثلالمكشاف الكهربي ذهبي الوريقات والذي يحتوي على شريطين رقيقين من أوراق الذهب متدليين في إناء زجاجي فيبتعدان عن بعضهما البعض عندما يشحنان، وتعتمد زاوية ابتعادهما على كمية الشحنة. وعلى الرغم من أن استخدام هذا المكشاف مستمر حتى الآن في التجارب الإيضاحية داخل الفصول الدراسية، فإنالإلكترومتر الإلكتروني قد حل محله.[23]
تُعرف حركة الشحنة الكهربائية باسمالتيار الكهربائي الذي تقاس شدته عادةً بوحدةالأمبير. ويتكون التيار الكهربائي من أية جسيمات مشحونة ومتحركة. وتعد الإلكترونات الأكثر شيوعًا بين هذه الجسيمات، ولكن أي شحنة متحركة يمكنها أن تكون تيارًا. ووفقًا لما هو متعارف عليه، فإن التيار الموجب يُعَرّف بأنه التيار المتدفق في الاتجاه نفسه الذي تتدفق فيه أية شحنة موجبة يحملها؛ أو أنه التيار المتدفق من أقصى طرف موجب في الدائرة الكهربائية إلى أقصى طرف سالب. ويُطلق على هذا النوع من التيارات اسمالتيار الاصطلاحي. وبالتالي، تعد حركة الإلكترونات السالبة حولالدائرة الكهربائية ـ وهي أحد أشهر أشكال التيار الكهربائي ـ موجبة فيالاتجاه المقابل لاتجاه الإلكترونات.[24] ومع ذلك، فإنه وفقًا للظروف المحيطة يمكن أن يتكون التيار الكهربائي من تدفقالجسيمات المشحونة (الجسيم المشحون) في أيٍّ من الاتجاهين أو حتى في كلا الاتجاهين في وقت واحد. ويشيع استخدام المصطلحين السالب والموجب لتبسيط هذه الحالة.
يقدم القوس الكهربائي دليلاً فعالاً على التيار الكهربائي.
علاوةً على ذلك، يُطلق على العملية التي يمر فيها التيار الكهربائي خلال أحد المواد"التوصيل الكهربائي". وتختلف طبيعة التوصيل الكهربائي عن طبيعة الجسيمات المشحونة والمادة التي يمر من خلالها. ومن أمثلة التيارات الكهربائية: التوصيل الفلزي الذي تتدفق فيه الإلكترونات خلالموصل مثل الفلز. بالإضافة إلى ذلك، هناكالتحليل الكهربائي الذي تتدفق فيهالأيونات (وهيذرات مشحونة) خلال السوائل. في حين تتحرك الجسيمات نفسها ببطء تام، ليصل متوسطسرعة الانسياق أحيانًا إلى أجزاء من المليمتر في الثانية،[23] فإنالمجال الكهربائي الذي تتدفق فيه هذه الجسيمات ينتشر في حد ذاته بسرعة مقاربةلسرعة الضوء، مما يسمح للإشارات الكهربائية بالمرور بسرعة خلال الأسلاك.[25]يؤدي التيار الكهربائي إلى حدوث عدة تأثيرات ملحوظة ـ كانت تعتبر في الماضي الوسيلة التي يدرك بها الأفراد وجود تيار كهربائي. وقد اكتشفويليام نيكلسونوأنطوني كارلايل عام 1800 أن بإمكان التيار الكهربائي تحليل الماء من بطارية فولتية، وتُعرف هذه العملية الآن باسمالتحليل الكهربائي. وقاممايكل فاراداي بعمل دراسات موسعة في اكتشاف نيكلسون وكارلايل بشكل كبير عام 1833.[26] ويسبب التيار المار من خلالمقاومة نوعًا من التدفئة في المكان المحيط، وهو تأثير كانجيمس بريسكوت قد بحثه حسابيًا عام 1840. ومن أهم الاكتشافات الخاصة بالتيار الكهربائي كان ما توصل إليههانز كريستيان أورستد بمحض الصدفة عام 1820 عندما كان يحضر إحدى محاضراته. حيث وجد أن التيار الكهربائي في أحد الأسلاك يشوش حركة إبرة البوصلة المغناطيسية،[27] كما اكتشفالكهرومغناطيسية، وهي تفاعل أساسي يحدث بين الكهرباء والمغناطيسات.
يوصف التيار الكهربائي عادةً، في التطبيقات الهندسية وفي المنازل، بأنه إماتيار مستمر أوتيار متردد. ويشير هذان المصطلحان إلى الكيفية التي يتغير بها التيار الكهربائي من حيث الزمن. فالتيار المستمر، الذي يتم إنتاجه منالبطارية على سبيل المثال واللازم لتشغيل معظم الأجهزةالإلكترونية يتدفق في اتجاه واحد من الطرف الموجب للدائرة الكهربائية إلى الطرف السالب منها.[28] وفي حالة قيام الإلكترونات بنقل أو حمل هذا التيار المتدفق، وهو الأمر الأكثر شيوعًا، فإنها ستمر في الاتجاه المعاكس. أما التيار المتردد فهو أي تيار ينعكس اتجاهه بشكل متكرر. وغالبًا ما يأخذ هذا التيار شكلموجة جيبية.[29] وبالتالي، يتذبذب التيار المتردد ذهابًا وإيابًا داخل الموصل دون أن تتحرك الشحنة الكهربائية لأي مسافة على مدار الوقت. وتبلغ قيمة متوسط الفترة الزمنية التي يستغرقها التيار المتردد صفرًا. إلا أنه يقوم بتوصيل الطاقة في اتجاه واحد وهو الأول ثم يعكس. ويتأثر التيار المتردد بالخصائص الكهربائية التي يصعب ملاحظتها فيحالة الاستقرار التي يتمتع بها التيار المستمر. ومن أمثلة هذه الخصائص:المحاثةوالسعة.[30] ومع ذلك، تزيد أهمية هذه الخصائص عندما تتعرض مجموعة من الدوائر الكهربائيةلتراوح مؤقت في التيار، مثلما يحدث عند تزويدها بالطاقة لأول مرة.
تَحَدّثمايكل فاراداي عن مفهومالمجال الكهربائي، فقال أنه ينشأ من خلال جسم مشحون في الحيز المحيط به، ويُحْدث قوة على أيٍّ من الشحنات الأخرى داخل المجال. ويعمل المجال الكهربائي بين شحنتين بالطريقة نفسها التي يعمل بها مجال الجاذبية بينكتلتين (كتلة). كما يتمدد المجال الكهربائي، مثله في ذلك مثل مجال الجاذبية، إلى ما لا نهاية ويظهر علاقة تربيع عكسي مع المسافة،[18] ومع ذلك، يوجد اختلاف مهم بينهما:
إذ تعمل الجاذبية دائمًا على عنصر الجذب، فتجذب كتلتين نحو بعضهما البعض. بينما قد يتسبب المجال الكهربائي في جذب الجسيمات أو تنافرها. وبما أن الأجسام كبيرة الحجم، مثل الكواكب، لا تحمل عادةً أي صافي شحنة، فإن المجال الكهربائي عن بُعد يساوي صفر. وبالتالي، تعد الجاذبية القوة الغالبة في الكون، على الرغم من ضعفها مقارنةً بالقوى الأخرى.[19]
خطوط المجال المنبعثة من شحنة موجبة فوق موصل مستوي.
بشكل عام، يختلف الحيز الذي يشغله المجال الكهربائي،[31] وتُعرّف شدته في أي نقطة على أنها القوة (لكل وحدة شحنة) التي تشعر بها شحنة ثابتة ومهملة إذا وضعت عند هذه النقطة.[32] ويجب أن تكون الشحنة التصورية، التي يطلق عليها اسم «شحنة اختبار» شديدة الصغر حتى تمنع مجالها الكهربائي من التشويش على المجال الرئيسي. كما ينبغي أن تكون ثابتة حتى تمنع تأثيرالمجالات المغناطيسية (المجال المغناطيسي). وبما أن المجال الكهربائي يتم تعريفه من منطلقالقوة، وبما أن القوة تعتبرمتجهًا، يُستخلص من ذلك أن المجال الكهربائي متجه أيضًا ولهمقدارواتجاه. وبشكل أدق، يعد المجال الكهربائيمجالاً متجهيًا.[33]
فضلاً عن ذلك، يطلق على دراسة المجالات الكهربائية التي تُحْدثها الشحنات الثابتة اسمالكهرباء الساكنة. ويمكن تصوير المجال الكهربائي من خلال مجموعة من الخطوط التخيلية التي يكون اتجاهها في أي نقطة هو نفسه اتجاه المجال. ويعتبر فاراداي أوّل من قدّم هذا المفهوم.[34]ولا يزال مصطلح «خطوط القوة» الذي وضعه فاراداي مستعملاً في بعض الأحيان. وتعتبر خطوط المجال بمثابة المسارات التي تُحْدِثها شحنة موجبة؛ لأنها اضطرت للتحرك داخل هذا المجال. ومع ذلك، تعد هذه الخطوط مفهومًا تخيليًا ليس له وجود مادي. ويتخلل المجال الحيز الواقع بين الخطوط.[34] وأما خطوط المجال المنبعثة من الشحنات الثابتة فتتمتع بعدة خصائص رئيسية. الخاصية الأولى هي أنها تنشأ عند الشحنات الموجبة وتنتهي عند الشحنات السالبة، والخاصية الثانية هي وجوب دخولها أي موصل جيد بزوايا قائمة. أما الخاصية الثالثة فهي أنها لا تتقاطع ولا تطوق نفسها.[35]
إن أي جسم موصل أجوف يحمل كل شحناته الكهربائية على سطحه الخارجي. وبناءً على ذلك، فالمجال الكهربائي يساوي صفر في جميع الأماكن الموجودة داخل الجسم.[36] وهذه هي قاعدة التشغيل الرئيسية التي يعتمد عليهاقفص فاراداي، وهو عبارة عن هيكل فلزي موصل يعزل ما بداخله عن المؤثرات الكهربية الخارجية. تزيد أهمية الكهرباء الساكنة بشكل خاص عند تصميم عناصر المعدات ذاتالجهد العالي. ويوجد حد معين تنتهي عنده شدة المجال الكهربائي التي يمكن مقاومتها بأي وسيط. وبخلاف ذلك، يحدثالانهيار الكهربائي ويسببالقوس الكهربائي وميضًا عابرًا بين الأجزاء المشحونة. فعلى سبيل المثال، يسير الهواء في مسار منحني عبر الفجوات الصغيرة التي تتجاوز عندها شدة المجال الكهربي 30 كيلو فولت لكل سنتيمتر. وفي الفجوات الأكبر، تضعف شدة الانهيار الكهربائي، حيث تصل إلى كيلو فولت لكل سنتيمتر على الأرجح.[37] وأوضح ظاهرة طبيعية تدل على هذا الأمر هيالبرق؛ إذ أنه يحدث عندما تنفصل الشحنات الكهربائية في السحاب بفعل الأعمدة الهوائية المرتفعة وعندما تقوم الشحنات برفع المجال الكهربائي في الهواء أكثر مما تحتمل. ومن الممكن أن يزيد الجهد الكهربائي في إحدى سحب البرق الكبيرة حتى يصل إلى 100 ميجا فولت وربما يقوم بتفريغ كمية هائلة من الطاقة قد تصل إلى 250 كيلواط في الساعة.[38]
تتأثر شدة المجال بدرجة كبيرة بالأجسام الموصلة المجاورة، وتزداد شدته خاصةً عندما يضطر إلى الانحناء حول أجسام مدببة الأطراف. ويتم استخدام هذا المبدأ فيمانعة الصواعق. وهي عبارة عن عمود معدني ذي طرف مدبب يعمل على امتصاص التيار الكهربائي الناتج من الصواعق، بدلاً من نزوله على المبنى الذي يحميه.[39]
زوج من بطاريات AA، تدل العلامة + على قطبية فروق الجهد الكهربي بين طرفي البطارية.
يرتبط مفهوم الجهد الكهربائي ارتباطًا وثيقًا بالمجال الكهربائي. فالشحنة الصغيرة الموجودة داخل المجال الكهربائي تواجه قوة، ويتطلب نقل هذه الشحنة إلى تلك النقطة المضادة للقوة بعضالشغل. ويتم تعريف الجهد الكهربائي في أي مرحلة على أنه الطاقة اللازمة لجلب وحدة شحنة الاختبار ببطء منبُعد لا نهائي إلى هذه النقطة. ويُقاس الجهد الكهربائي عادةً بوحدةالفولت. والفولت الواحد عبارة عن الجهد الذي يجب أن يستهلكهجول من الشغل لجلبكولوم من الشحنة الكهربائية اللانهائية.[40] وعلى الرغم من أن تعريف الجهد الكهربائي تصوري، فإنه يتضمن جانبًا عمليًا بسيطًا. ويعتبر المفهوم الأكثر أهمية هوفرق الجهد الكهربائي، ويُعَرّف بأنه الطاقة اللازمة لتحريك وحدة شحنة بين نقطتين محددتين. ويتمتع المجال الكهربائي بخاصية مميزة، وهي أنه"محافظ" ـ الأمر الذي يعني أن المسار الذي تتخذه شحنة الاختبار ليست مهما: فكل المسارات بين نقطتين محددتين تستهلك مقدار الطاقة نفسه. وبالتالي، يمكن تحديد قيمة مميزة لفرق الجهد.[41] ويُعرف الفولت بأنه وحدة لقياس ووصف فرق الجهد الكهربائي، حتى أن مصطلحالجهد الكهربائي يزيد استخدامه اليومي بصورة كبيرة.
وفيما يتعلق بالأغراض العملية، من المفيد أن تُحدد نقطة إسناد مشتركة يتم من خلالها التعبير عن الجهود ومقارنتها. وفي حين أن هذا الأمر قد يكون لا نهائيًا، فإن الإسناد الأكثر إفادةً هو كوكبالأرض نفسه الذي يفترض البعض أن جهده لا يتغير في أي مكان. ويطلق على نقطة الإسناد هذه عادةً اسمالأرضي (يطلق عليه باللهجة البريطانية "Earth" وبالأمريكية "Ground"). ويفترض أن الأرض مصدر لا نهائي من كميات متساوية من الشحنات الموجبة والسالبة. وبالتالي، فهي غير مشحونة كهربائيًا وغير قابلة لإعادة للشحن.الجهد الكهربائي عبارة عنكمية سلمية أو قياسية أي أن له مقدار فقط ولا اتجاه له. ومن الممكن اعتباره مشابهًاللارتفاع: فكما يسقط الجسم الحر عند ارتفاعات مختلفة بفعل الجاذبية، تسقط كذلك الشحنة الكهربائية عند جهود مختلفة بفعل المجال الكهربائي.[42]
وكما تظهر الخرائط المجسمةلخطوط الكفاف التي تبين النقاط المتساوية في الارتفاع، من الممكن رسم مجموعة من الخطوط التي تبين نقاط الجهود الكهربائية المتساوية (والمعروفة باسمتساوي الكمون) حول جسم مشحون ساكنيًا. فهذه الخطوط تمر عبر جميع خطوط القوة بزوايا قائمة. كما يجب أن تمتد بشكل متوازي لسطحالموصل وإلا أدى ذلك إلى إنتاج قوة على حوامل الشحنة ولما أصبح المجال ساكنًا. كان يتم تعريف المجال الكهربائي على أنه القوة المبذولة لكل وحدة شحنة، إلا أن مفهوم الجهد الكهربائي سمح بوضع تعريف مرادف أكثر إفادة ألا وهو أن المجال الكهربائي هوتدرج موضعي للجهد الكهربائي. وعادةً ما يتم التعبير عنه بوحدة الفولت لكل متر، واتجاه متجه المجال الكهربائي عبارة عن خط لأكبر تدرج للجهد وهو الخط الذي تكون فيه خطوط تساوي الجهد قريبة من بعضها البعض.[43]
دلل اكتشاف أورستد عام 1821 بوجودمجال مغناطيسي حول جميع جوانب السلك الحامل للتيار الكهربائي، دلل على وجود علاقة مباشرة بين الكهرباء والمغناطيسية. فضلاً عن ذلك، بدا التفاعل مختلفًا عن قوة الجاذبية والقوة الكهربائية الساكنة، وهما قوتا الطبيعة اللتان تم اكتشافهما بعد ذلك.[27] والقوة الواقعة على إبرة البوصلة لم توجهها نحو السلك الحامل للتيار الكهربائي ولا بعيدًا عنه، ولكنها كانت تعمل نحو الزوايا القائمة بالنسبة لها. وفيما يلي كلمات أورستد التي اتسمت بقليل من الغموض: «إن التعارض الكهربائي يعمل بطريقة دوارة». كما اعتمدت القوة على اتجاه التيار، فإذا انعكس التدفق، انعكست القوة كذلك.في واقع الأمر،[44] لم يستوعب أورستد اكتشافه استيعابًا كاملاً، لكنه لاحظ أن التأثير كان متبادلاً أو عكسيًا، بمعنى أن التيار يبذل قوة على المغناطيس والمجال المغناطيسي يبذل قوة على التيار. وقد بحثأندريه ماري آمبير بشكل أعمق في هذه الظاهرة واكتشف أن السلكين المتوازيين الذين يحملان التيار الكهربائي يبذلان قوة على بعضهما البعض: بمعنى أن السلكين الموصلين للتيار الكهربائي في الاتجاه نفسه ينجذبان لبعضهما البعض، بينما يتنافر السلكان اللذان يحملان التيار في اتجاهات متقابلة. ويتوسط المجال المغناطيسي الذي ينتجه كل تيار هذا التفاعل الذي يُمثل أساسالتعريف الدولي لوحدة الأمبير.[45]
يستخدم المحرك الكهربائي تأثيرًا مهمًا يتعلق بالكهرومغناطيسية: ألا وهو أن التيار الكهربائي المار خلال مجال مغناطيسي يتعرض لقوة في الزوايا القائمة لكل من المجال والتيار.
تُعتبر العلاقة بين المجالات المغناطيسية والتيارات الكهربائية علاقة في غاية الأهمية؛ حيث إنها أدت إلى اختراع مايكل فارادايللمحرك الكهربائي عام 1821. إذ يتكون محرك فاراداي، وهومحرك أحادي القطب، منمغناطيس دائم موضوع داخل حوض منالزئبق. وقد تم توصيل تيار كهربائي داخل سلك متدلي من مرتكز فوق المغناطيس ومغموس في الزئبق. ويبذل المغناطيس قوة مماسية على السلك مما يجعله يدور حول المغناطيس طوال فترة سريان التيار الكهربائي.[46]كشفت التجربة التي أجراها فاراداي عام 1831 أن السلك الذي يتحرك بشكل عمودي نحو مجال مغناطيسي يحدث فرق جهد بين طرفيه. كما سمح له التحليل الإضافي لهذه العملية، المعروفة باسمالحث الكهرومغناطيسي، بوضع المبدأ المعروف الآن باسمقانون فاراداي للحث المغناطيسي. وينص هذا القانون على أن فرق الجهد المحثوث داخل دائرة مقفلة يتناسب مع معدل تغيرالتدفق المغناطيسي خلال الدائرة. وقد تمكن فاراداي من خلال استخدام هذا الاكتشاف من اختراع أولمولّد كهربائي عام 1831. وفي هذا المولّد قام فاراداي بتحويل الطاقة الحركيّة لقرص نحاسي دوار إلى طاقة كهربائية. وعلى الرغم من عدم كفاءة[46]قرص فاراداي وقصوره كمولّد عملي، فإنه أظهر إمكانية توليد قدرة كهربائية باستخدام المغناطيسية. ولقد استفاد من أعقبه من أعماله استفادة كبيرة.كشفت أعمال كل من فاراداي وأمبير عن أن المجال المغناطيسي المتفاوت في الزمن يعمل كمصدر للمجال الكهربائي، وأن المجال الكهربائي المتغير في الزمن يعمل كمصدر للمجال المغناطيسي. ولذلك، عند تغير زمن أيٍّ من المجالين، يُستحث مجال الآخر بالضرورة.[47] وتتمتع هذه الظاهرة بخصائصالموجة ويُشار إليها عادةً باسمالموجة الكهرومغناطيسية. وقد قامجيمس كليرك ماكسويل بتحليل الموجات الكهرومغناطيسية من الناحية النظرية عام 1864. كما طور ماكسويل مجموعة من المعادلات التي قد تصف بوضوح العلاقة المتبادلة بين المجال الكهربائي والمجال المغناطيسي والشحنة الكهربائية والتيار الكهربائي. وبالإضافة إلى ذلك، تمكن من إثبات أن هذه الموجة ستسير بالضرورةبسرعة الضوء، وبالتالي فإن الضوء نفسه يعد شكلاً من أشكال الإشعاع الكهرومغناطيسي. وتعتبرقوانين ماكسويل التي تعمل على الربط بين الضوء والمجالات والشحنة الكهربائية أحد أعظم إنجازات الفيزياء النظرية.[48]
دائرة كهربائية أساسية. مُصدر الجهد الكهربائي على الجانب الأيسر يدفع التيار الكهربائي حول الدائرة، فيوصل الطاقة الكهربائية في المقاومة. ويعود التيار من المقاوم إلى المصدر ويكمل الدائرة الكهربائية.
الدائرة الكهربائية عبارة عن ترابط بين المكونات الكهربائية، وتهدف عادةً إلى القيام ببعض المهام المفيدة مع مسار العودة بهدف تمكين الشحنة من الرجوع إلى مصدرها. إن مكونات الدائرة الكهربائية تأخذ أشكالاً عدة، وقد تتضمن هذه الأشكال عناصر مثلالمقاومات (المقاوم)والمكثفات (المكثف)والمفاتيح (المفتاح)والمحولات (المحول)والإلكترونيات. وتشملالدوائر الإلكترونية (الدئرة الكهربائية)مكونات نشطة (مكون نشط)، وتكون عادةًأشباه موصلات (شبه موصل) وتظهر بشكللا خطي، مما يتطلب تحليلاً معقدًا. أما أبسط المكونات الكهربائية فهي التي توصف بأنهاسلبيةوخطية. فبينما تقوم هذه المكونات بتخزين الطاقة بشكل مؤقت، فإنها لا تحتوي على مصادر للطاقة. كما أنها تصدر استجابات خطية للمثيرات.[49]
يُحتمل أنالمقاوم هو أبسط العناصر السلبية في الدائرة الكهربائية. وكما يوحي اسمه، فهويقاوم التيار الكهربائي الذي يمر من خلاله ويبدد طاقته الحرارية. والمقاومة هي نتيجة لحركة الشحنة الكهربائية خلال الموصل. فعلى سبيل المثال، ترجع المقاومة في المعادن أساسًا إلى تصادم الإلكترونات بالأيونات. ويعتبرقانون أوم القانون الأساسيلنظرية الدائرة الكهربائية. وينص هذا القانون على أن التيار المار خلال مقاومة في موصل يتناسب طرديًا مع فرق الجهد بين طرفيه. ومقاومة معظم المواد تعد ثابتة نسبيًا على اختلاف درجات الحرارة والتيارات الكهربائية. والمواد التي ينطبق عليها هذه الشروط توصف بأنها «أومية». ولقد أُطلق اسمأوم، وهو وحدة قياس المقاومة، نسبة إلى واضعهجورج أوم ويرمز له بالحرف اليوناني "Ω". إن الرمز "1 Ω" يشير إلى المقاومة التي ستنتج فرق جهد يساوي واحد فولت استجابة لتيار يساوي واحد أمبير.[49]
أماالمكثف فعبارة عن جهاز يقوم بتخزين الشحنة الكهربائية، وبالتالي تخزين طاقة كهربائية في المجال الناتج عن هذه العملية. ومن الناحية التصورية، يتكون المكثف من لوحين موصلين تفصل بينهما طبقة رقيقة عازلة. ومن الناحية العملية، يتم لف رقائق معدنية رقيقة معًا مما يزيد من سُمْك منطقة السطح من حيث وحدة حجموالسعة. ووحدة السعة هيالفاراد، وسُميت باسممايكل فاراداي ويرمز إليها بالرمز "F"، والفاراد الواحد يساوي السعة التي تنشأ عن فرق الجهد البالغ واحد فولت عندما يقوم بتخزين شحنة تساوي واحد كولوم. والمكثف الموصَّل بمورد الجهد الكهربائي يتسبب مبدئيًا في مرور تيار كهربائي؛ حيث إنه يجمع الشحنة الكهربائية. ومع ذلك، يضمحل التيار الكهربائي بمرور الوقت كلما امتلأ المكثف الكهربائي ويصل بالتدريج إلى الصفر. ولذلك، لا يسمح المكثف بمرور تيار فيحالة الاستقرار، بل يعوقه.[49]
فضلاً عن ذلك، يعتبرملف الحث بمثابة موصل، عادةً ما يكون ملف من السلك، يقوم بتخزين الطاقة في المجال المغناطيسي استجابةً للتيار المار به. وعندما يتغير التيار، يتغير المجال المغناطيسي بالتبعيةويحث الجهد الكهربائي بين طرفي الموصل. والجهد المستحث يتناسب معالمعدل الزمني للتغيير في التيار الكهربائي. أما ثابت التناسب فيطلق عليه اسمالمحاثة. ووحدة المحاثة هي «هنري»، تيمنًابجوزيف هنري الذي عاصر فاراداي. وواحد هنري يساوي المحاثة التي تحث فرق الجهد البالغ واحد فولت في حالة تغير التيار المار به بمعدل واحد أمبير لكل ثانية.[49] وتنعكس طريقة عمل ملف الحث في بعض الأحيان على طريقة عمل المكثف، بمعنى أنه يسمح بمرور تيار غير متغير بسهولة ويسر، ولكنه يقاوم مرور التيار سريع التغير.
تتمتع طاقة الرياح بأهمية متزايدة في العديد من الدول.
إن التجارب التي أجراها طاليس باستخدام قضبان الكهرمان كانت أولى الدراسات التي أجريت على عملية إنتاج الطاقة الكهربائية. وعلى الرغم من أن هذه الطريقة، المعروفة الآن باسمتأثير كهرباء الاحتكاك، قادرة على رفع الأجسام الخفيفة وكذلك توليد الشرارات، فإنها غير فعالة على الإطلاق.[50] ولم يتم التوصل لمصدر كهربائي فعال إلا بعد اختراع البطارية الفولتية في القرن الثامن عشر. وهذه البطارية وكذلك الطراز الأحدث منها ألا وهوالبطارية الكهربائية، تخزن الطاقة بشكل كيميائي وتجعلها متاحة للاستخدام في شكل طاقة كهربائية. وتتميز البطارية بتعدد استخداماتها وتعد مصدرًا شائعًا وقويًا للطاقة ويصلح استخدامها في العديد من التطبيقات. إلا أن قدرتها على تخزين الطاقة محدودة، وبمجرد تفريغ الطاقة المخزنة، يجب التخلص من البطارية أو إعادة شحنها. وبالنسبة للاحتياجات الضخمة من الطاقة الكهربائية، فينبغي توليدها وتحويلها بكميات كبيرة.عادةً ما تولد الطاقة الكهربائية عن طريقالمولدات الحركيّة الكهربائية التي يديرهاالبخار المنتج من احتراقالوقود الحفري أو الحرارة الناتجة عنالتفاعلات النووية. كما تولد الطاقة من مصادر أخرى مثلالطاقة الحركية المستخلصة من الرياح أو الماء المتدفق. ولا تتشابه هذه المولدات مع المولد الذي اخترعه فاراداي عام 1831 وهو عبارة عن مولد أحادي القطب. ولكن لا يزال الاعتماد قائمًا على مبدئه الكهرومغناطيسي القائل إن الموصل الذي يتصل بمجال مغناطيسي متغير يحث فرق جهد عبر طرفيه.[51]إن اختراعالمحول في أواخر القرن التاسع عشر جعل بالإمكان توليد الكهرباء منمحطات توليد مركزية عن طريق الاستفادة منوفورات الحجم،ونقل هذه الكهرباء عبر الدول بكفاءة متزايدة.[52][53]
وبما أنه من الصعب تخزين الطاقة الكهربائية بكميات كبيرة تكفي لتلبية الاحتياجات على المستوى القومي، ينبغي أن يكون الإنتاج بقدر الاحتياج في جميع الأوقات.[52] وهذا الأمر يتطلب أن تتحرىالمرافق الكهربائية الدقة في توقعاتها بشأن احتياجاتها الكهربائية وتحافظ على التنسيق المستمر مع محطات توليد الكهرباء. وهناك مقدار معين من عملية التوليد يجب أن يكوناحتياطيًا حتى يقلل صدمات الشبكة الكهربائية التي تحدث بسبب الاضطرابات والفواقد التي يتعذر اجتنابها.وفي واقع الأمر، فإن الطلب على الطاقة الكهربائية يتزايد بسرعة كبيرة كلما زاد تقدم الدولة ونما اقتصادها. وقد كشفت الولايات المتحدة عن تزايد الطلب على الكهرباء بنسبة 12% كل عام على مدار الثلاثة عقود الأولى من القرن العشرين،[54] وهو معدل نمو تشعر به الآن الاقتصادات الناشئة، مثل الهند أو الصين.[55][56] ومن الناحية التاريخية، زاد معدل نمو الطلب على الطاقة الكهربائية عن صور الطاقة الأخرى.لقد أدت بعضالمخاوف البيئية المتعلقة بتوليد الكهرباء إلى التركيز بشكل متزايد على التوليد منمصادر متجددة، وخاصةًالطاقة المائيةوطاقة الرياح. وعلى الرغم من استمرار الجدل حول التأثير البيئي للوسائل المختلفة لإنتاج الطاقة، فإن الصورة النهائية لها نظيفة نسبيًا.[57]
يعمل مصباح الإضاءة، وهو أحد التطبيقات الأولى على الكهرباء، عن طريق التسخين بحرارة جول: فالتيار المار خلال المقاومة يولد الحرارة.
إن الكهرباء صورة مرنة جدًا من صور الطاقة، فهي تلائم عددًا كبيرًا ومتزايدًا من الاستخدامات.[58] وقد كان لاختراعمصباح الإضاءة المتوهج على يدتوماس أديسون في السبعينات من القرن التاسع عشر الفضل في أن تصبحالإضاءة واحدةً من أولى التطبيقات المتوفرة من الطاقة الكهربائية. على الرغم من مخاطر الكهرباء، فإن الاستعاضة بها عن اللهب المكشوف للإضاءة المعتمدة على الغاز قللت كثيرًا من مخاطر الحريق داخل البيوت والمصانع.[59]وقد تم إنشاء مرافق عامة في العديد من المدن لتستهدف سوق الإضاءة الكهربائية الآخذ في الازدهار.علاوةً على ذلك، كان لتأثيرالتسخين بحرارة جول المستخدم في مصباح الإضاءة أثرًا مباشرًا في مجالالتدفئة الكهربائية. ومع أن هذا التأثير متعدد الاستعمالات ويمكن التحكم فيه، يرى البعض أنه مضيعة للوقت؛ حيث إن معظم عمليات التوليد الكهربائي يلزمها بالفعل إنتاج الحرارة في إحدى محطات توليد الكهرباء.[60]ولقد سنت عدة دول، مثلالدنمارك، قانونًا يحد أو يمنع من استخدام التدفئة الكهربائية في المباني الجديدة.[61] ومع ذلك، تعد الكهرباء، إلى حد كبير، مصدرًا عمليًا للطاقة يمكن استخدامه في عملياتالتبريد،[62] حيث إنتكييف الهواء يمثل أحد القطاعات التي تزيد احتياجاتها للطاقة ـ وهي متطلبات تضطر دائمًا مرافق الكهرباء إلى تلبيتها.[63]
تستخدم الكهرباء فيالاتصال عن بُعد. وفي الواقع، كانالتلغراف الكهربائي، الذي ابتكرهويليام كوكوتشارلز ويتستون عام 1837، من أوائل تطبيقات الكهرباء في هذا المجال. ومع وضع أول نظام تلغرافعابر للقارات، ثمعبر المحيط الأطلسي، في الستينات من القرن التاسع عشر، سهلت الكهرباء وسائل الاتصال فأصبحت لا تستغرق سوى دقائق معدودة في جميع أنحاء العالم. وعلى الرغم من أن تكنولوجياالألياف البصريةوالاتصال عبر الأقمار الصناعية قد شغلت حصة في سوق نظم الاتصالات، ولكن ما زالت الكهرباء جزءًا أساسيًا من هذه العملية.فضلاً عن ذلك، تظهر تأثيرات الكهرومغناطيسية بوضوح فيالمحرك الكهربائي الذي يعد وسيلة نظيفة وفعالة للقدرة المحركة. ويسهل تزويد المحرك الثابت، مثلالرافعة، بمصدر للإمداد بالقدرة. أما المحرك الذي يتحرك مع تطبيقه، مثلالسيارة الكهربائية، فيجب أن يحمل معه مصدرًا للقدرة كالبطارية، أو يجمع شحنة كهربائية مستمدة من تماس انزلاقي مثلالبانتوجراف، مما يضع قيودًا على مداه أو أدائه.[64]هذا وتستخدم الأجهزة الإلكترونيةالمقحل، الذي يعد من أهم الاختراعات في القرن العشرين.كما أنه وحدة بناء أساسية تدخل في تكوين جميع الدوائر الكهربائية الحديثة. وقد تحتويالدائرة المتكاملة الحديثة على مليارات من أجهزة المقحل صغيرة الحجم في محيط لا يتجاوز بعض السنتيمترات المربعة.[65]
يتسبب تعرض جسم الإنسان لجهد كهربائي في سريان تيار كهربائي عبر الأنسجة. وعلى الرغم من أن العلاقة بين الجهد والتيار الكهربائي لا خطية، فإنه كلما زاد الجهد الكهربائي، اشتد التيار.[66] وبداية الإدراك الحسي لهذا الأمر يختلف باختلاف تردد المصدر ومسار التيار. ولكنه يتراوح ما بين 0.1 مللي أمبير إلى 1 مللي أمبير فيما يختص بكهرباء تردد الموصلات الرئيسية. ومع ذلك من الممكن الكشف عن تيار كهربائي منخفض تصل شدته إلى ميكروأمبير على أنه تأثيرالاهتزازات الكهربائية في ظل ظروف معينة.[67]وفي حالة ارتفاع التيار الكهربائي بالنسبة الكافية، فإنه يتسبب في حدوث تقلص عضليوارتجاف القلبوحروق في الأنسجة.[66] كما أن غياب أي علامة مرئية تدل على أن أحد الموصلات مشحون كهربيًا يجعل من الكهرباء خطرًا بالغًا. ومن الممكن أن يكون الألم الناجم عن الصدمة الكهربائية شديدًا، مما يؤدي في بعض الأحيان إلى تحول الكهرباء لوسيلةتعذيب. ويطلق على الوفاة التي تنتج عن صدمة كهربائية اسمالصعق الكهربائي. فضلاً عن ذلك، يعد الصعق الكهربائي وسيلة من وسائلتنفيذ الأحكام القضائية في بعض الدول، على الرغم من ندرة استخدامه في الآونة الأخيرة.[68]
إن الكهرباء ليست اختراعًا من اختراعات الإنسان. والدليل على ذلك هو إمكانية ملاحظتها في صور متعددة في الطبيعة، وأبرز هذه الدلائل هوالبرق. وعدد كبير من التفاعلات المألوفة والبسيطة، مثلاللمس أوالاحتكاك أوالربط الكيميائي، يحدث نتيجة للتفاعلات بين المجالات الكهربائية على المقياس الذري. ويعتقد البعض أنالمجال المغناطيسي لكوكب الأرض ينشأ عن التيارات الدوارة في مركز الأرض والتي تعدمولدًا كهربيًا طبيعيًا.[69]بعض البلورات، مثلالمرو أو حتىالسكر، تولد فرقًا في الجهد على أسطحها عندما تتعرض لضغط خارجي.[70] وتعرف هذه الظاهرة باسمالكهرضغطية، وهي مأخوذة من الكلمةاليونانية "πιέζειν" وتعني «يضغط». وقد اكتشف هذه الظاهرةبيير كوريوجاك كوري عام 1880. ويعد هذا التأثير متبادلاً؛ فعندما تتعرض مادة كهرضغطية لمجال كهربائي، يحدث تغيير بسيط في الأبعاد الفيزيائية.[70]بالإضافة إلى ذلك، تستطيع بعض الكائنات الحية، مثل أسماكالقرش، الكشف عن التغييرات التي تحدث في المجالات الكهربائية والاستجابة لها، ويعرف ذلك باسم"الاستشعار الكهربائي".[71] بينما تتمتع بعض الكائنات الحية الأخرى بما يطلق عليه"القدرة على التفريغ الكهربائي" ـ أي أنها تولد جهودًا كهربائية بنفسها كوسيلة لافتراس غيرها من الكائنات أو كسلاح دفاعي لها.[5] ويعتبرالأنقليس الرعاد أشهر مثال على ذلك حيث بوسعه اكتشاف فريسته أو صعقها من خلال تفريغ جهود كهربائية عالية تتولد من خلايا عضلية معدلة تسمىالخلايا الكهربائية. وتقوم الحيوانات جميعها بإرسال المعلومات على امتداد أغشية الخلايا وذلك مع نبضات مشحونة كهربائيًا تسمىجهود الفعل (جهد الفعل) وهي الموجة المتشكلة من التفريغ الكهربائي التي تنتقل من منطقة إلى أخرى مجاورة لها على طول الغشاء الخلوي لأي خلية حية. ووظيفة هذه الجهود تتضمن الاتصال بينالخلايا العصبيةوالعضلات عن طريق النظام العصبي.[72] تحفز الصدمة الكهربائية هذا النظام، وتتسبب في تقلص العضلات.[73] كما أن جهود الفعل مسؤولة عن تنسيق الأنشطة في مجموعة معينة من النباتات والثدييات.
لم تكن الكهرباء تشغل جزءًا رئيسيًا من الحياة اليومية للعديد من الأفراد في القرن التاسع عشر وأوائل القرن العشرين، حتى في الدول الصناعية فيالعالم الغربي. وبناءً على ذلك، صورتالثقافة الشعبية الكهرباء في هذا الوقت على أنها قوة غامضة وشبه سحرية، وقادرة على قتل الأحياء وإحياء الموتى، أو بتعبير آخر، فهي تستطيع تغيير قوانين الطبيعة.[74] ويظهر هذا الموقف تجاه الكهرباء في الرواية التي كتبتهاماري شيلي بعنوانفرانكنشتاين سنة 1819، وكانت أولى الروايات التي وضعتالصورة المكررة التي تصورعالمًا مجنونًا يقوم بإحياء كائن من رقع من القماش بالقدرة الكهربائية.
علاوةً على ذلك، ومع اعتياد العامة على الكهرباء كقوام الحياة فيالثورة الصناعية الثانية، كانت استخداماتها تنصب غالبًا على الجانب الإيجابي،[75] مثل العاملين في مجال الكهرباء الذين «يكونون قاب قوسين أو أدنى من الموت وهم يقطعون الأسلاك الكهربائية ويصلحونها» كما ورد في قصيدة «أبناء مارثا» (بالإنجليزية:The Sons of Martha) للكاتبروديارد كبلينج التي ألّفها عام 1907[75] وقد برزت جميع أنواع السيارات التي تعمل باستخدام الطاقة الكهربائية بشكل كبير في قصص المغامرات، مثل روايات الكاتب الفرنسي «جول فيرن» أو سلسلة روايات بطل الخيال العلمي «توم سويفت».[75] وقد كان العامة ينظرون إلى كبار الأساتذة في مجال الكهرباء، سواء كانوا أشخاصًا من الواقع أم من وحي الخيال، بما فيهم العلماء مثلتوماس إديسون أوتشارلز شتاينمتز أونيقولا تسلا على أنهم يتمتعون بقدرات تشبه قدرات السحرة.[75]
أما والآن بعد أن صارت الكهرباء أمرًا عاديًا وتقليديًا، وأساسيًا في الحياة اليومية منذ النصف الثاني من القرن العشرين، فلم يعد الأمر يلفت نظر الناس إلا عند توقف الكهرباء عن التدفق،[75] وهو حدث يساوي كارثة بالنسبة لهم.[75] والأفراد الذين يحافظون على تدفقها، مثل البطل المغمور الذي تتناوله الأغنية التي كتبهاجيمي ويب "Wichita Lineman" عام 1968، لا يزال يعتبرهم البعض أبطالاً يتمتعون بقدرات تشبه قدرات السحرة.[75]
^Baigrie، Brian (2006)،Electricity and Magnetism: A Historical Perspective، Greenwood Press، ص. 7–8،ISBN:0-3133-3358-0
^Chalmers، Gordon (1937)، "The Lodestone and the Understanding of Matter in Seventeenth Century England"،Philosophy of Science، ج. 4، ص. 75–95،DOI:10.1086/286445
^National Research Council (1998)،Physics Through the 1990s، National Academies Press، ص. 215–216،ISBN:0309035767
^ابUmashankar، Korada (1989)،Introduction to Engineering Electromagnetic Fields، World Scientific، ص. 77–79،ISBN:9971509210
^ابHawking، Stephen (1988)،A Brief History of Time، Bantam Press، ص. 77،ISBN:0-553-17521-1
^Shectman، Jonathan (2003)،Groundbreaking Scientific Experiments, Inventions, and Discoveries of the 18th Century، Greenwood Press، ص. 87–91،ISBN:0-3133-2015-2
^Sewell، Tyson (1902)،The Elements of Electrical Engineering، Lockwood، ص. 18 كانتQ ترمز في الأصل إلى 'كمية الكهرباء'، المصطلح 'كهرباء' أصبح التعبير الشائع له 'شحنة' في الوقت الحاضر.
^Close، Frank (2007)،The New Cosmic Onion: Quarks and the Nature of the Universe، CRC Press، ص. 51،ISBN:1-5848-8798-2
^Bird، John (2007)،Electrical and Electronic Principles and Technology, 3rd edition، Newnes، ص. 11،ISBN:0-978-8556-6{{استشهاد}}:تأكد من صحة|isbn= القيمة: طول (مساعدة)
^Bird، John (2007)،Electrical and Electronic Principles and Technology, 3rd edition، Newnes، ص. 206–207،ISBN:0-978-8556-6{{استشهاد}}:تأكد من صحة|isbn= القيمة: طول (مساعدة)
^Bird، John (2007)،Electrical and Electronic Principles and Technology, 3rd edition، Newnes، ص. 223–225،ISBN:0-978-8556-6{{استشهاد}}:تأكد من صحة|isbn= القيمة: طول (مساعدة)
^تختلف جميع المجالات الكهربائية في الحيز الذي تشغله. ويُستثنى من ذلك المجال الكهربائي المحيط بالموصلات المستوية ذات المدى اللانهائي، وهو مجال عادةً ما يكون منتظمًا
^Sears، Francis؛ وآخرون (1982)،University Physics, Sixth Edition، Addison Wesley، ص. 469–470،ISBN:0-2010-7199-1{{استشهاد}}:Explicit use of et al. in:|الأخير= (مساعدة)
^اكتب عنوان المرجع بين علامتي الفتح<ref> والإغلاق</ref> للمرجعuniphysics_469
^ابMorely & Hughes،Principles of Electricity, Fifth edition، ص. 73
^Sears، Francis؛ وآخرون (1982)،University Physics, Sixth Edition، Addison Wesley، ص. 479،ISBN:0-2010-7199-1{{استشهاد}}:Explicit use of et al. in:|الأخير= (مساعدة)
^d'Alroy Jones، Peter،The Consumer Society: A History of American Capitalism، Penguin Books، ص. 211
^ReVelle، Charles and Penelope (1992)،The Global Environment: Securing a Sustainable Future، Jones & Bartlett، ص. 298،ISBN:0867203218
^Danish Ministry of Environment and Energy،"F.2 The Heat Supply Act"،Denmark´s Second National Communication on Climate Change، مؤرشف منالأصل في 2008-03-08، اطلع عليه بتاريخ2007-12-09
^Brown، Charles E. (2002)،Power resources، Springer،ISBN:3540426345
Bird، John (2007)،Electrical and Electronic Principles and Technology, 3rd edition، Newnes،ISBN:0-978-8556-6{{استشهاد}}:تأكد من صحة|isbn= القيمة: طول (مساعدة)
Edminister، Joseph (1965)،Electric Circuits, 2nd Edition، McGraw-Hill،ISBN:07084397X{{استشهاد}}:تأكد من صحة|isbn= القيمة: طول (مساعدة)
Hammond، Percy (1981)،Electromagnetism for Engineers، Pergamon،ISBN:0-08-022104-1
Morely، A.؛ Hughes، E (1994)،Principles of Electricity, Fifth edition، Longman،ISBN:0-582-22874-3
Naidu، M.S.؛ Kamataru، V. (1982)،High Voltage Engineering، Tata McGraw-Hill،ISBN:0-07-451786-4
Nilsson، James؛ Riedel، Susan (2007)،Electric Circuits، Prentice Hall،ISBN:978-0131989252
Patterson، Walter C. (1999)،Transforming Electricity: The Coming Generation of Change، Earthscan،ISBN:185383341X
Sears، Francis؛ وآخرون (1982)،University Physics, Sixth Edition، Addison Wesley،ISBN:0-2010-7199-1{{استشهاد}}:Explicit use of et al. in:|الأخير= (مساعدة)
