ตามธรรมเนียมสมัยใหม่ ประจุที่อิเล็กตรอน มี จะถูกกำหนดให้เป็นลบ และประจุที่โปรตอนมีจะเป็นบวก^{[ 33 ]}ก่อนที่จะมีการค้นพบอนุภาคเหล่านี้เบนจามิน แฟรงคลินได้กำหนดประจุบวกไว้ว่าเป็นประจุที่แท่งแก้วได้รับเมื่อถูกถูด้วยผ้าไหม^{[ 34 ]}ตามนิยามแล้ว โปรตอนมีประจุเท่ากับ พอดี1.602 176 634 × 10 ⁻¹⁹ คูลอมบ์ค่านี้ถูกนิยามว่าเป็นประจุพื้นฐานไม่มีวัตถุใดมีประจุที่น้อยกว่าประจุพื้นฐานได้ และปริมาณประจุใดๆ ที่วัตถุอาจมีนั้นเป็นพหุคูณของประจุพื้นฐาน อิเล็กตรอนมีประจุลบเท่ากัน นั่นคือ−1.602 176 634 × 10 ⁻¹⁹ คูลอมบ์ประจุไม่ได้มีอยู่ในสสาร เท่านั้น แต่ยังมีอยู่ในปฏิสสาร ด้วย โดยแต่ละอนุภาคปฏิสสารจะมีประจุเท่ากันและตรงข้ามกับอนุภาคที่สอดคล้องกัน^{[ 35 ]}

การมีประจุทำให้เกิดแรงไฟฟ้าสถิต: ประจุต่างส่งแรงกระทำต่อกัน ซึ่งเป็นผลที่ทราบกันดีอยู่แล้ว แม้ว่าจะไม่เข้าใจอย่างถ่องแท้ในสมัยโบราณ^{[ 25 ] : 457}ลูกบอลน้ำหนักเบาที่แขวนด้วยเส้นด้ายบางๆ สามารถมีประจุได้โดยการสัมผัสด้วยแท่งแก้วที่มีประจุจากการถูด้วยผ้า หากลูกบอลที่คล้ายกันมีประจุด้วยแท่งแก้วเดียวกัน จะพบว่าลูกบอลลูกที่สองผลักลูกบอลลูกแรก: ประจุทำหน้าที่บังคับให้ลูกบอลทั้งสองแยกออกจากกัน ลูกบอลสองลูกที่มีประจุจากแท่งอำพันที่ถูกถูจะผลักกันเช่นกัน อย่างไรก็ตาม หากลูกบอลลูกหนึ่งมีประจุจากแท่งแก้ว และอีกลูกหนึ่งมีประจุจากแท่งอำพัน จะพบว่าลูกบอลทั้งสองดึงดูดกัน ปรากฏการณ์เหล่านี้ได้รับการศึกษาในช่วงปลายศตวรรษที่สิบแปดโดยCharles-Augustin de Coulombซึ่งสรุปได้ว่าประจุแสดงออกมาในสองรูปแบบที่ตรงกันข้าม การค้นพบนี้นำไปสู่สัจพจน์ที่รู้จักกันดี: วัตถุที่มีประจุเหมือนกันจะผลักกัน และวัตถุที่มีประจุตรงข้ามกันจะดึงดูดกัน^{[ 25 ]}

แรงกระทำต่ออนุภาคที่มีประจุเอง ดังนั้นประจุจึงมีแนวโน้มที่จะกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้บนพื้นผิวตัวนำ ขนาดของแรงแม่เหล็กไฟฟ้า ไม่ว่าจะเป็นแรงดึงดูดหรือแรงผลัก จะกำหนดโดยกฎของคูลอมบ์ซึ่งเชื่อมโยงแรงกับผลคูณของประจุและมี ความสัมพันธ์ ผกผันกำลังสองกับระยะห่างระหว่างกัน^{[ 36 ] [ 37 ] : 35}แรงแม่เหล็กไฟฟ้ามีความแข็งแกร่งมาก รองจากแรงปฏิสัมพันธ์ที่แข็งแกร่ง เท่านั้น [ ^{38 ] แต่ต่างจากแรงนั้นตรง ที่}มันทำงานได้ในทุกระยะทาง^{[ 39 ]}เมื่อเปรียบเทียบกับแรงโน้มถ่วง ที่อ่อนกว่ามาก แรงแม่เหล็กไฟฟ้าที่ผลักอิเล็กตรอนสองตัวออกจากกันนั้นมี ค่ามากกว่าแรงดึงดูดของแรงโน้ม ถ่วงที่ดึงพวกมันเข้าหากันถึง 10 ⁴²เท่า^{[ 40 ]}

ประจุเกิดจากอนุภาคย่อยอะตอม บางประเภท ซึ่งตัวนำที่คุ้นเคยที่สุดคืออิเล็กตรอนและโปรตอนประจุไฟฟ้าก่อให้เกิดและมีปฏิสัมพันธ์กับแรงแม่เหล็ก ไฟฟ้า ซึ่งเป็นหนึ่งในสี่แรงพื้นฐานของธรรมชาติ การทดลองแสดงให้เห็นว่าประจุเป็นปริมาณที่อนุรักษ์ไว้ กล่าวคือ ประจุสุทธิภายในระบบที่แยกทางไฟฟ้าจะคงที่เสมอโดยไม่คำนึงถึงการเปลี่ยนแปลงใดๆ ที่เกิดขึ้นภายในระบบนั้น^{[ 41 ]}ภายในระบบ ประจุอาจถูกถ่ายโอนระหว่างวัตถุ ไม่ว่าจะโดยการสัมผัสโดยตรงหรือโดยการส่งผ่านวัสดุตัวนำ เช่น ลวด^{[ 37 ] : 2–5}คำว่าไฟฟ้าสถิต อย่างไม่เป็นทางการ หมายถึงการมีอยู่สุทธิ (หรือ 'ความไม่สมดุล') ของประจุบนวัตถุ ซึ่งมักเกิดจากการถูวัสดุที่แตกต่างกันเข้าด้วยกัน ทำให้เกิดการถ่ายโอนประจุจากวัสดุหนึ่งไปยังอีกวัสดุหนึ่ง

ประจุสามารถวัดได้ด้วยวิธีการหลายวิธี เครื่องมือในยุคแรกคือเครื่องวัดประจุไฟฟ้าแบบแผ่นทองคำซึ่งแม้ว่าจะยังคงใช้สำหรับการสาธิตในห้องเรียน แต่ก็ถูกแทนที่ด้วยเครื่องวัดประจุไฟฟ้า แบบอิเล็กทรอนิกส์ แล้ว^{[ 37 ] : 2–5}

การเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้าเรียกว่ากระแสไฟฟ้าซึ่งความเข้มของกระแสไฟฟ้ามักวัดเป็นแอมแปร์กระแสไฟฟ้าสามารถประกอบด้วยอนุภาคที่มีประจุเคลื่อนที่ได้ โดยส่วนใหญ่จะเป็นอิเล็กตรอน แต่ประจุใดๆ ที่เคลื่อนที่ก็ถือเป็นกระแสไฟฟ้าได้ กระแสไฟฟ้าสามารถไหลผ่านบางสิ่งที่เป็นตัวนำไฟฟ้าได้ แต่จะไม่ไหลผ่านฉนวนไฟฟ้า^{[ 42 ]}

ตามธรรมเนียมทางประวัติศาสตร์ กระแสไฟฟ้าบวกถูกกำหนดให้มีทิศทางการไหลเช่นเดียวกับประจุบวกที่บรรจุอยู่ หรือไหลจากส่วนที่เป็นบวกที่สุดของวงจรไปยังส่วนที่เป็นลบที่สุด กระแสไฟฟ้าที่กำหนดในลักษณะนี้เรียกว่ากระแสไฟฟ้าตามธรรมเนียมการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนที่มีประจุลบไปรอบๆวงจรไฟฟ้าซึ่งเป็นรูปแบบหนึ่งของกระแสไฟฟ้าที่คุ้นเคยมากที่สุด จึงถือว่าเป็นบวกใน ทิศทาง ตรงกันข้ามกับการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน^{[ 43 ]}อย่างไรก็ตาม ขึ้นอยู่กับเงื่อนไข กระแสไฟฟ้าอาจประกอบด้วยการไหลของอนุภาคที่มีประจุในทิศทางใดทิศทางหนึ่ง หรือแม้กระทั่งในทั้งสองทิศทางพร้อมกัน ธรรมเนียมจากบวกไปลบถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อทำให้สถานการณ์นี้ง่ายขึ้น

กระบวนการที่กระแสไฟฟ้าไหลผ่านวัสดุเรียกว่าการนำไฟฟ้าและลักษณะของมันจะแตกต่างกันไปตามอนุภาคที่มีประจุและวัสดุที่พวกมันเคลื่อนที่ผ่าน ตัวอย่างของกระแสไฟฟ้า ได้แก่ การนำไฟฟ้าของโลหะ ซึ่งอิเล็กตรอนไหลผ่านตัวนำเช่น โลหะ และอิเล็กโทรไลซิสซึ่งไอออน ( อะตอม ที่มีประจุ ) ไหลผ่านของเหลว หรือผ่านพลาสมาเช่น ประกายไฟ แม้ว่าอนุภาคเองจะเคลื่อนที่ได้ค่อนข้างช้า บางครั้งมีความเร็วในการเคลื่อนที่ เฉลี่ย เพียงเศษเสี้ยวของมิลลิเมตรต่อวินาที^{[ 37 ] : 17 แต่}สนามไฟฟ้าที่ขับเคลื่อนพวกมันนั้นแพร่กระจายด้วยความเร็วใกล้เคียงกับความเร็วแสงทำให้สัญญาณไฟฟ้าสามารถส่งผ่านสายไฟได้อย่างรวดเร็ว^{[ 44 ]}

กระแสไฟฟ้าทำให้เกิดผลกระทบที่สังเกตได้หลายประการ ซึ่งในอดีตเป็นวิธีการรับรู้ถึงการมีอยู่ของกระแสไฟฟ้า การที่น้ำสามารถสลายตัวได้ด้วยกระแสไฟฟ้าจากกองโวลตาอิกนั้นถูกค้นพบโดยนิโคลสันและคาร์ไลล์ในปี ค.ศ. 1800 ซึ่งเป็นกระบวนการที่ปัจจุบันรู้จักกันในชื่ออิ เล็กโทรไลซิส งานของพวกเขาได้รับการขยายความอย่างมากโดยไมเคิล ฟาราเดย์ในปี ค.ศ. 1833 กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านความต้านทานทำให้เกิดความร้อนเฉพาะที่ ซึ่งเป็นผลที่เจมส์ เพรสคอตต์ จูลศึกษาทางคณิตศาสตร์ในปี ค.ศ. 1840 ^{[ 37 ] : 23–24}หนึ่งในการค้นพบที่สำคัญที่สุดที่เกี่ยวข้องกับกระแสไฟฟ้าเกิดขึ้นโดยบังเอิญโดยฮันส์ คริสเตียน เออร์สเตดในปี ค.ศ. 1820 เมื่อเขากำลังเตรียมการบรรยายและได้เห็นกระแสไฟฟ้าในลวดรบกวนเข็มของเข็มทิศแม่เหล็ก^{[ 23 ] : 370 [ a ]} ​​เขาได้ค้นพบแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งเป็นปฏิสัมพันธ์พื้นฐานระหว่างไฟฟ้าและแม่เหล็ก ระดับการปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดจากประกายไฟฟ้านั้นสูงพอที่จะทำให้เกิดการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งอาจเป็นอันตรายต่อการทำงานของอุปกรณ์ที่อยู่ใกล้เคียง^{[ 45 ]}

ในงานวิศวกรรมหรือการใช้งานในครัวเรือน กระแสไฟฟ้ามักถูกอธิบายว่าเป็นกระแสตรง (DC) หรือกระแสสลับ (AC) คำศัพท์เหล่านี้หมายถึงการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้าตามเวลา กระแสตรง เช่นที่ผลิตจากแบตเตอรี่และจำเป็นสำหรับ อุปกรณ์ อิเล็กทรอนิกส์ ส่วนใหญ่ เป็นการไหลแบบทิศทางเดียวจากส่วนบวกของวงจรไปยังส่วนลบ^{[ 46 ] : 11}หากการไหลนี้เกิดขึ้นโดยอิเล็กตรอน ซึ่งเป็นกรณีทั่วไป อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่ในทิศทางตรงกันข้าม กระแสสลับคือกระแสใดๆ ที่เปลี่ยนทิศทางซ้ำๆ เกือบทุกครั้งจะมีรูปแบบเป็นคลื่นไซน์ [ ^{46 ] : 206–07ดังนั้น}กระแสสลับจึงเต้นเป็นจังหวะไปมาภายในตัวนำโดยที่ประจุไม่ได้เคลื่อนที่ไปในระยะทางสุทธิใดๆ เมื่อเวลาผ่านไป ค่าเฉลี่ยตามเวลาของกระแสสลับเป็นศูนย์ แต่จะส่งพลังงานในทิศทางหนึ่งก่อน แล้วจึงเปลี่ยนทิศทาง กระแสสลับได้รับผลกระทบจากคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่ไม่พบใน กระแสตรง แบบคงที่เช่นความเหนี่ยวนำและความจุ^{[ 46 ] : 223–25}อย่างไรก็ตาม คุณสมบัติเหล่านี้อาจมีความสำคัญเมื่อวงจรไฟฟ้าต้องเผชิญกับสภาวะชั่วคราวเช่น เมื่อเริ่มจ่ายพลังงานครั้งแรก

แนวคิดเรื่องสนาม ไฟฟ้า ได้รับการแนะนำโดยไมเคิล ฟาราเดย์สนามไฟฟ้าถูกสร้างขึ้นโดยวัตถุที่มีประจุในพื้นที่โดยรอบ และส่งผลให้เกิดแรงกระทำต่อประจุอื่นๆ ที่วางอยู่ภายในสนาม สนามไฟฟ้ากระทำระหว่างประจุสองตัวในลักษณะเดียวกับที่สนามโน้มถ่วงกระทำระหว่างมวล สองก้อน และเช่นเดียวกัน สนามไฟฟ้าจะแผ่ขยายไปสู่ระยะอนันต์และแสดงความสัมพันธ์ผกผันกำลังสองกับระยะทาง^{[ 39 ]}อย่างไรก็ตาม มีความแตกต่างที่สำคัญ แรงโน้มถ่วงจะกระทำในลักษณะดึงดูดเสมอ โดยดึงมวลสองก้อนเข้าหากัน ในขณะที่สนามไฟฟ้าสามารถส่งผลให้เกิดแรงดึงดูดหรือแรงผลักก็ได้ เนื่องจากวัตถุขนาดใหญ่ เช่น ดาวเคราะห์ โดยทั่วไปไม่มีประจุสุทธิ สนามไฟฟ้าที่ระยะไกลจึงมักเป็นศูนย์ ดังนั้นแรงโน้มถ่วงจึงเป็นแรงที่เด่นกว่าที่ระยะไกลในจักรวาล แม้ว่าจะอ่อนกว่ามากก็ตาม^{[ 40 ]}

โดยทั่วไปสนามไฟฟ้าจะแปรผันไปตามพื้นที่^{[ b ]}และความแรงของสนามไฟฟ้า ณ จุดใดจุดหนึ่งจะถูกกำหนดเป็นแรง (ต่อหน่วยประจุ) ที่ประจุที่อยู่กับที่และมีค่าเล็กน้อยจะรู้สึกได้หากวางไว้ ณ จุดนั้น^{[ 25 ] : 469–70}ประจุเชิงแนวคิดที่เรียกว่า ' ประจุทดสอบ ' จะต้องมีขนาดเล็กมากจนแทบเป็นศูนย์เพื่อป้องกันไม่ให้สนามไฟฟ้าของตัวเองรบกวนสนามหลัก และจะต้องอยู่กับที่เพื่อป้องกันผลกระทบจากสนามแม่เหล็กเนื่องจากสนามไฟฟ้าถูกกำหนดในแง่ของแรงและแรงเป็นเวกเตอร์ที่มีทั้งขนาดและทิศทางดังนั้นสนามไฟฟ้าจึงเป็นสนามเวกเตอร์^{[ 25 ] : 469–70}

การศึกษาเกี่ยวกับสนามไฟฟ้าที่เกิดจากประจุคงที่เรียกว่าไฟฟ้าสถิตสนามสามารถมองเห็นได้ด้วยชุดของเส้นสมมติที่มีทิศทาง ณ จุดใด ๆ เหมือนกับทิศทางของสนาม แนวคิดนี้ได้รับการแนะนำโดยฟาราเดย์^{[ 47 ]}ซึ่งคำว่า ' เส้นแรง ' ยังคงถูกนำมาใช้บ้างในบางครั้ง เส้นสนามคือเส้นทางที่ประจุบวกจะพยายามสร้างขึ้นเมื่อถูกบังคับให้เคลื่อนที่ภายในสนาม อย่างไรก็ตาม มันเป็นแนวคิดสมมติที่ไม่มีอยู่จริงทางกายภาพ และสนามจะแทรกซึมไปทั่วพื้นที่ระหว่างเส้น^{[ 47 ]}เส้นสนามที่แผ่ออกมาจากประจุคงที่มีคุณสมบัติสำคัญหลายประการ ประการแรก พวกมันเริ่มต้นที่ประจุบวกและสิ้นสุดที่ประจุลบ ประการที่สอง พวกมันต้องเข้าสู่ตัวนำที่ดีใด ๆ ในมุมฉาก และประการที่สาม พวกมันต้องไม่ตัดกันหรือปิดเข้าหากันเอง^{[ 25 ] : 479}

ตัวนำกลวงจะนำประจุทั้งหมดไปที่พื้นผิวด้านนอก ดังนั้นสนามจึงเป็น 0 ที่ทุกจุดภายในตัวตัวนำ^{[ 37 ] : 88}นี่คือหลักการทำงานของกรงฟาราเดย์ซึ่งเป็นเปลือกโลหะตัวนำที่แยกส่วนภายในออกจากผลกระทบทางไฟฟ้าภายนอก

หลักการของไฟฟ้าสถิตมีความสำคัญเมื่อออกแบบอุปกรณ์ไฟฟ้าแรงสูงความแรงของสนามไฟฟ้าที่ตัวกลางใดๆ สามารถทนได้นั้นมีขีดจำกัดที่แน่นอน เมื่อเกินขีดจำกัดนี้ จะเกิด การแตกตัวทางไฟฟ้าและ เกิด ประกายไฟขึ้นระหว่างชิ้นส่วนที่มีประจุ เช่น อากาศ มักจะเกิดประกายไฟข้ามช่องว่างเล็กๆ ที่ความแรงของสนามไฟฟ้าเกิน 30  กิโลโวลต์ต่อเซนติเมตร สำหรับช่องว่างที่ใหญ่กว่านั้น ความแรงในการแตกตัวจะอ่อนลง อาจจะประมาณ 1  กิโลโวลต์ต่อเซนติเมตร^{[ 48 ] : 2}ปรากฏการณ์ทางธรรมชาติที่เห็นได้ชัดที่สุดคือฟ้าผ่าซึ่งเกิดจากการที่ประจุแยกออกจากกันในเมฆโดยเสาอากาศที่ลอยขึ้น และทำให้สนามไฟฟ้าในอากาศสูงเกินกว่าที่อากาศจะทนได้ แรงดันไฟฟ้าของเมฆฟ้าผ่าขนาดใหญ่อาจสูงถึง 100  เมกะโวลต์ และมีพลังงานการปล่อยประจุสูงถึง 250  กิโลวัตต์ชั่วโมง^{[ 48 ] : 201–02}

ความแรงของสนามได้รับผลกระทบอย่างมากจากวัตถุที่เป็นตัวนำที่อยู่ใกล้เคียง และจะมีความเข้มข้นเป็นพิเศษเมื่อถูกบังคับให้โค้งไปรอบๆ วัตถุที่มีปลายแหลม หลักการนี้ถูกนำไปใช้ในตัวนำฟ้าผ่าซึ่งปลายแหลมของมันทำหน้าที่กระตุ้นให้ฟ้าผ่าเกิดขึ้นที่ปลายแหลมนั้น แทนที่จะเกิดขึ้นกับอาคารที่มันทำหน้าที่ปกป้อง^{[ 49 ] : 155}

แนวคิดเรื่องศักย์ไฟฟ้ามีความเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับแนวคิดเรื่องสนามไฟฟ้า ประจุขนาดเล็กที่วางอยู่ภายในสนามไฟฟ้าจะได้รับแรง และการที่จะนำประจุนั้นมายังจุดนั้นโดยต้านแรงนั้นต้องใช้พลังงานศักย์ไฟฟ้า ณ จุดใด ๆ ถูกกำหนดให้เป็นพลังงานที่จำเป็นในการนำประจุทดสอบหนึ่งหน่วยจากระยะอนันต์มายังจุดนั้นอย่างช้า ๆ โดยปกติจะวัดเป็นโวลต์และหนึ่งโวลต์คือศักย์ที่ต้องใช้พลังงาน หนึ่ง จูล ในการนำประจุหนึ่ง คูลอมบ์จากระยะอนันต์^{[ 25 ] : 494–98}คำจำกัดความของศักย์นี้ แม้จะเป็นทางการ แต่ก็มีการประยุกต์ใช้ในทางปฏิบัติน้อย และแนวคิดที่มีประโยชน์มากกว่าคือความต่างศักย์ไฟฟ้าซึ่งเป็นพลังงานที่จำเป็นในการเคลื่อนย้ายประจุหนึ่งหน่วยระหว่างสองจุดที่กำหนด สนามไฟฟ้าเป็นสนามอนุรักษ์ซึ่งหมายความว่าเส้นทางที่ประจุทดสอบใช้ไม่สำคัญ เส้นทางทั้งหมดระหว่างสองจุดที่กำหนดใช้พลังงานเท่ากัน ดังนั้นจึงสามารถระบุค่าความต่างศักย์ได้เพียงค่าเดียว^{[ 25 ] : 494–98}โวลต์ได้รับการระบุอย่างชัดเจนว่าเป็นหน่วยที่เลือกใช้ในการวัดและอธิบายความแตกต่างของศักย์ไฟฟ้า ดังนั้นคำว่าแรงดันไฟฟ้าจึงถูกใช้ในชีวิตประจำวันมากขึ้น

เพื่อวัตถุประสงค์ในทางปฏิบัติ การกำหนดจุดอ้างอิงร่วมกันซึ่งสามารถแสดงและเปรียบเทียบศักยภาพได้นั้นมีประโยชน์ แม้ว่าจุดอ้างอิงนี้อาจอยู่ที่อนันต์ แต่จุดอ้างอิงที่มีประโยชน์มากกว่าคือโลกเอง ซึ่งถือว่ามีศักยภาพเท่ากันทุกที่ จุดอ้างอิงนี้จึงเรียกว่าโลกหรือพื้นดิน โลกถือว่าเป็นแหล่งกำเนิดประจุบวกและประจุลบในปริมาณที่เท่ากันอย่างไม่มีที่สิ้นสุด ดังนั้นจึงไม่มีประจุไฟฟ้าและไม่สามารถมีประจุได้^{[ 50 ]}

ศักย์ไฟฟ้าเป็นปริมาณสเกลาร์นั่นคือ มีเพียงขนาดและไม่มีทิศทาง อาจมองได้ว่าคล้ายคลึงกับความสูงเช่นเดียวกับวัตถุที่ปล่อยออกมาจะตกลงมาตามความแตกต่างของความสูงที่เกิดจากสนามโน้มถ่วง ประจุจะ 'ตกลง' ไปตามแรงดันไฟฟ้าที่เกิดจากสนามไฟฟ้า^{[ 51 ]}เช่นเดียวกับแผนที่ภูมิประเทศที่แสดงเส้นชั้นความสูงที่ทำเครื่องหมายจุดที่มีความสูงเท่ากัน ชุดของเส้นที่ทำเครื่องหมายจุดที่มีศักย์ไฟฟ้าเท่ากัน (เรียกว่าเส้นศักย์เท่ากัน ) สามารถวาดรอบวัตถุที่มีประจุไฟฟ้าสถิตได้ เส้นศักย์เท่ากันจะตัดกับเส้นแรงทั้งหมดในมุมฉาก นอกจากนี้ยังต้องขนานกับ พื้นผิวของ ตัวนำด้วย เพราะมิฉะนั้นจะมีแรงตามพื้นผิวของตัวนำที่จะเคลื่อนตัวนำประจุเพื่อให้ศักย์ไฟฟ้าเท่ากันทั่วพื้นผิว

สนามไฟฟ้าได้รับการกำหนดอย่างเป็นทางการว่าเป็นแรงที่กระทำต่อหน่วยประจุ แต่แนวคิดของศักย์ไฟฟ้าช่วยให้สามารถกำหนดความหมายที่ใช้ประโยชน์และเทียบเท่าได้มากขึ้น นั่นคือ สนามไฟฟ้าคือความชัน เฉพาะที่ ของศักย์ไฟฟ้า โดยปกติจะแสดงเป็นโวลต์ ต่อ เมตร ทิศทางเวกเตอร์ของสนามคือเส้นที่มีความชันของศักย์ไฟฟ้ามากที่สุด และเป็นเส้นที่ศักย์ไฟฟ้าเท่ากันอยู่ใกล้กันมากที่สุด^{[ 37 ] : 60}

การค้นพบของ Ørsted ในปี พ.ศ. 2364 ว่า มี สนามแม่เหล็กอยู่รอบ ๆ ลวดที่นำกระแสไฟฟ้า แสดงให้เห็นว่ามีความสัมพันธ์โดยตรงระหว่างไฟฟ้าและแม่เหล็ก ยิ่งไปกว่านั้น ปฏิสัมพันธ์ดังกล่าวดูแตกต่างจากแรงโน้มถ่วงและแรงไฟฟ้าสถิต ซึ่งเป็นแรงสองชนิดในธรรมชาติที่รู้จักกันในขณะนั้น แรงที่กระทำต่อเข็มทิศไม่ได้ชี้ไปทางหรือออกจากลวดที่นำกระแสไฟฟ้า แต่กระทำในมุมฉากกับลวด^{[ 23 ] : 370}คำพูดของ Ørsted คือ "ความขัดแย้งทางไฟฟ้ากระทำในลักษณะหมุนวน" แรงยังขึ้นอยู่กับทิศทางของกระแสไฟฟ้าด้วย เพราะถ้ากระแสไหลย้อนกลับ แรงก็จะย้อนกลับเช่นกัน^{[ 52 ]}

Ørsted ไม่เข้าใจการค้นพบของเขาอย่างถ่องแท้ แต่เขาสังเกตเห็นว่าผลกระทบนั้นเป็นแบบผกผัน กล่าวคือ กระแสไฟฟ้าออกแรงกระทำต่อแม่เหล็ก และสนามแม่เหล็กออกแรงกระทำต่อกระแสไฟฟ้า ปรากฏการณ์นี้ได้รับการศึกษาเพิ่มเติมโดยAmpèreซึ่งค้นพบว่าลวดตัวนำไฟฟ้าขนานสองเส้นออกแรงกระทำต่อกัน กล่าวคือ ลวดสองเส้นที่นำกระแสไฟฟ้าไปในทิศทางเดียวกันจะดึงดูดกัน ในขณะที่ลวดที่นำกระแสไฟฟ้าไปในทิศทางตรงกันข้ามจะถูกผลักออกจากกัน^{[ 53 ]}ปฏิสัมพันธ์นี้เกิดขึ้นโดยสนามแม่เหล็กที่กระแสไฟฟ้าแต่ละกระแสสร้างขึ้น และเป็นพื้นฐานสำหรับการกำหนดแอมแปร์ใน ระดับสากล ^{[ 53 ]}

ความสัมพันธ์ระหว่างสนามแม่เหล็กและกระแสไฟฟ้ามีความสำคัญอย่างยิ่ง เพราะนำไปสู่การประดิษฐ์มอเตอร์ไฟฟ้า ของไมเคิล ฟาราเดย์ ในปี ค.ศ. 1821 มอเตอร์โฮโมโพลาร์ ของฟาราเดย์ ประกอบด้วยแม่เหล็กถาวรที่อยู่ในแอ่งปรอท กระแสไฟฟ้าไหลผ่านลวดที่แขวนจากจุดหมุนเหนือแม่เหล็กและจุ่มลงในปรอท แม่เหล็กจะออกแรงสัมผัสบนลวด ทำให้ลวดหมุนวนรอบแม่เหล็กตราบเท่าที่กระแสไฟฟ้ายังคงอยู่^{[ 54 ]}

การทดลองของฟาราเดย์ในปี ค.ศ. 1831 เผยให้เห็นว่าลวดที่เคลื่อนที่ตั้งฉากกับสนามแม่เหล็กจะเกิดความต่างศักย์ระหว่างปลายทั้งสองข้าง การวิเคราะห์เพิ่มเติมของกระบวนการนี้ ซึ่งเรียกว่าการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าทำให้เขาสามารถระบุหลักการ ซึ่งปัจจุบันรู้จักกันในชื่อกฎการเหนี่ยวนำของฟาราเดย์ว่าความต่างศักย์ที่เหนี่ยวนำในวงจรปิดเป็นสัดส่วนกับอัตราการเปลี่ยนแปลงของ ฟลัก ซ์แม่เหล็กที่ผ่านวงจร การใช้ประโยชน์จากการค้นพบนี้ทำให้เขาสามารถประดิษฐ์เครื่องกำเนิดไฟฟ้า เครื่องแรก ในปี ค.ศ. 1831 โดยเขาแปลงพลังงานกลของแผ่นทองแดงที่หมุนเป็นพลังงานไฟฟ้า^{[ 54 ]}แผ่นทองแดงของฟาราเดย์ไม่มีประสิทธิภาพและไม่มีประโยชน์ในฐานะเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ใช้งานได้จริง แต่แสดงให้เห็นถึงความเป็นไปได้ในการสร้างพลังงานไฟฟ้าโดยใช้แม่เหล็ก ซึ่งเป็นความเป็นไปได้ที่ผู้ที่ตามหลังงานของเขาจะนำไปใช้^{[ 55 ]}

วงจรไฟฟ้าคือการเชื่อมต่อส่วนประกอบไฟฟ้าเข้าด้วยกันเพื่อให้ประจุไฟฟ้าไหลไปตามเส้นทางปิด (วงจร) ซึ่งโดยปกติแล้วจะทำเพื่อปฏิบัติงานที่เป็นประโยชน์บางอย่าง^{[ 56 ]}

ส่วนประกอบในวงจรไฟฟ้าสามารถมีได้หลายรูปแบบ ซึ่งอาจรวมถึงองค์ประกอบต่างๆ เช่นตัวต้านทานตัวเก็บประจุสวิตช์หม้อแปลงและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์วงจรอิเล็กทรอนิกส์ประกอบด้วยส่วนประกอบแอคทีฟซึ่งโดยทั่วไปคือสารกึ่งตัวนำและโดยทั่วไปจะแสดง พฤติกรรม ที่ไม่เป็นเชิงเส้นซึ่งต้องใช้การวิเคราะห์ที่ซับซ้อน ส่วนประกอบไฟฟ้าที่ง่ายที่สุดคือส่วนประกอบที่เรียกว่าพาสซีฟและเชิงเส้นแม้ว่าอาจจะเก็บพลังงานไว้ชั่วคราว แต่ก็ไม่มีแหล่งพลังงาน และแสดงการตอบสนองเชิงเส้นต่อสิ่งเร้า^{[ 57 ] : 15–16}

ตัวต้านทานอาจเป็นองค์ประกอบวงจรแบบพาสซีฟที่ง่ายที่สุด: ดังที่ชื่อบ่งบอก ตัวต้านทานจะต้านทานกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านและกระจายพลังงานออกมาเป็นความร้อน ความต้านทานเป็นผลมาจากการเคลื่อนที่ของประจุผ่านตัวนำ เช่น ในโลหะ ความต้านทานส่วนใหญ่เกิดจากการชนกันระหว่างอิเล็กตรอนและไอออนกฎของโอห์มเป็นกฎพื้นฐานของทฤษฎีวงจรซึ่งระบุว่ากระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านความต้านทานเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความต่างศักย์คร่อมความต้านทานนั้น ความต้านทานของวัสดุส่วนใหญ่ค่อนข้างคงที่ในช่วงอุณหภูมิและกระแสไฟฟ้าต่างๆ วัสดุภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้เรียกว่า 'โอห์มิก' โอห์มซึ่งเป็นหน่วยของความต้านทาน ได้รับการตั้งชื่อเพื่อเป็นเกียรติแก่จอร์จ โอห์มและมีสัญลักษณ์เป็นอักษรกรีก Ω 1  Ω คือความต้านทานที่จะทำให้เกิดความต่างศักย์หนึ่งโวลต์เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านหนึ่งแอมป์^{[ 57 ] : 30–35}

ตัวเก็บประจุเป็นอุปกรณ์ที่พัฒนามาจากขวดไลเดน และเป็นอุปกรณ์ที่สามารถเก็บประจุได้ จึงสามารถเก็บพลังงานไฟฟ้าไว้ในสนามที่เกิดขึ้นได้ ตัวเก็บประจุประกอบด้วยแผ่นตัวนำสองแผ่นที่คั่นด้วย ชั้น ฉนวนไดอิ เล็ก ทริก บางๆ ในทางปฏิบัติ จะใช้แผ่นฟอยล์โลหะบางๆ ม้วนเข้าด้วยกัน ทำให้พื้นที่ผิวต่อปริมาตรเพิ่มขึ้น และด้วยเหตุนี้จึงทำให้ค่า ความจุเพิ่มขึ้น หน่วยของค่าความจุคือฟารัดซึ่งตั้งชื่อตามไมเคิล ฟาราเดย์และใช้สัญลักษณ์Fหนึ่งฟารัดคือค่าความจุที่ทำให้เกิดความต่างศักย์หนึ่งโวลต์เมื่อเก็บประจุหนึ่งคูลอมบ์ ตัวเก็บประจุที่ต่อกับแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าจะทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าในตอนแรกเนื่องจากสะสมประจุ อย่างไรก็ตาม กระแสไฟฟ้านี้จะลดลงตามเวลาเมื่อตัวเก็บประจุเต็ม และในที่สุดก็จะลดลงเหลือศูนย์ ดังนั้น ตัวเก็บประจุจึงไม่อนุญาตให้มี กระแส ไฟฟ้าคงที่แต่จะปิดกั้นกระแสไฟฟ้านั้นแทน^{[ 57 ] : 216–20}

ตัวเหนี่ยวนำเป็นตัวนำ ซึ่งโดยทั่วไปคือขดลวด ที่เก็บพลังงานไว้ในสนามแม่เหล็กเพื่อตอบสนองต่อกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่าน เมื่อกระแสไฟฟ้าเปลี่ยนแปลง สนามแม่เหล็กก็จะเปลี่ยนแปลงด้วย ทำให้ เกิดแรงดันไฟฟ้า เหนี่ยวนำระหว่างปลายทั้งสองของตัวนำ แรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำเป็นสัดส่วนกับอัตราการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้าเมื่อเทียบกับเวลา ค่าคงที่ของสัดส่วนนี้เรียกว่าค่าความเหนี่ยวนำหน่วยของค่าความเหนี่ยวนำคือเฮนรีซึ่งตั้งชื่อตามโจเซฟ เฮนรีผู้ร่วมสมัยกับฟาราเดย์ หนึ่งเฮนรีคือค่าความเหนี่ยวนำที่จะทำให้เกิดความต่างศักย์หนึ่งโวลต์ หากกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านเปลี่ยนแปลงในอัตราหนึ่งแอมแปร์ต่อวินาที พฤติกรรมของตัวเหนี่ยวนำในบางแง่มุมตรงกันข้ามกับตัวเก็บประจุ กล่าวคือ มันจะยอมให้กระแสไฟฟ้าที่ไม่เปลี่ยนแปลงไหลผ่านได้อย่างอิสระ แต่จะต้านทานกระแสไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว^{[ 57 ] : 226–29}

กำลังไฟฟ้าคืออัตราการถ่ายโอนพลังงานไฟฟ้า ผ่าน วงจรไฟฟ้าหน่วยSIของกำลังไฟฟ้าคือวัตต์ซึ่งเท่ากับ 1 จูลต่อวินาที

กำลังไฟฟ้า เช่นเดียวกับกำลังกลคือ อัตราการทำงานวัดเป็นวัตต์และใช้สัญลักษณ์Pคำว่า " กำลังไฟฟ้า" (wattage)มักใช้ในภาษาพูดเพื่อหมายถึง "กำลังไฟฟ้าในหน่วยวัตต์" กำลังไฟฟ้าในหน่วยวัตต์ที่ผลิตโดยกระแสไฟฟ้าIซึ่งประกอบด้วยประจุQคูลอมบ์ ทุกๆtวินาที ที่ไหลผ่าน ความต่าง ศักย์ไฟฟ้า ( แรงดันไฟฟ้า ) Vคือ

${\displaystyle P={\text{งานที่ทำต่อหน่วยเวลา}}={\frac {QV}{t}}=IV\,}$

ที่ไหน

Qคือประจุไฟฟ้าในหน่วยคูลอมบ์

tคือเวลาในหน่วยวินาที

Iคือกระแสไฟฟ้าในหน่วยแอมแปร์

Vคือศักย์ไฟฟ้าหรือแรงดันไฟฟ้าในหน่วยโวลต์

โดยทั่วไปแล้ว พลังงานไฟฟ้าจะถูกส่งไปยังธุรกิจและบ้านเรือนโดยอุตสาหกรรมพลังงานไฟฟ้าโดยปกติแล้วไฟฟ้าจะขายเป็นกิโลวัตต์ชั่วโมง (3.6 เมกะจูล) ซึ่งเป็นผลคูณของกำลังไฟฟ้าในหน่วยกิโลวัตต์คูณด้วยเวลาใช้งานในหน่วยชั่วโมง บริษัทไฟฟ้าจะวัดกำลังไฟฟ้าโดยใช้มิเตอร์ไฟฟ้าซึ่งจะบันทึกปริมาณพลังงานไฟฟ้าทั้งหมดที่ส่งไปยังลูกค้า ต่างจากเชื้อเพลิงฟอสซิลไฟฟ้าเป็น พลังงานที่ มีเอนโทรปี ต่ำ และสามารถแปลงเป็นพลังงานการเคลื่อนที่หรือพลังงานรูปแบบอื่น ๆ ได้อย่างมีประสิทธิภาพสูง^{[ 58 ]}

อิเล็กทรอนิกส์เกี่ยวข้องกับวงจรไฟฟ้าที่มีส่วนประกอบไฟฟ้าแอคทีฟ เช่นหลอดสุญญากาศทรานซิสเตอร์ไดโอดเซ็นเซอร์และวงจรรวมรวมถึงเทคโนโลยีการเชื่อมต่อแบบพาสซีฟที่เกี่ยวข้อง^{[ 59 ] : 1–5, 71}พฤติกรรมที่ไม่เป็นเชิงเส้นของส่วนประกอบแอคทีฟและความสามารถในการควบคุมการไหลของอิเล็กตรอนทำให้การสวิตช์ แบบดิจิทัล เป็นไปได้^{[ 59 ] : 75}และอิเล็กทรอนิกส์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการประมวลผลข้อมูลโทรคมนาคมและการประมวลผลสัญญาณเทคโนโลยีการเชื่อมต่อ เช่นแผงวงจร เทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ และโครงสร้างพื้นฐานการสื่อสารรูปแบบต่างๆ ช่วยเสริมการทำงานของวงจรและ เปลี่ยนส่วนประกอบที่ผสมกันให้เป็นระบบ การทำงานปกติ ^{[ 59 ]}

ปัจจุบัน อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ส่วนใหญ่ใช้ ส่วนประกอบ เซมิคอนดักเตอร์เพื่อควบคุมอิเล็กตรอน หลักการพื้นฐานที่อธิบายว่าเซมิคอนดักเตอร์ทำงานอย่างไรนั้นได้รับการศึกษาใน^{ฟิสิกส์ของของแข็ง [ 60} ]ใน^{ขณะที่}การออกแบบและการสร้างวงจรอิเล็กทรอนิกส์เพื่อแก้ปัญหาในทางปฏิบัติเป็นส่วนหนึ่งของวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์^[ 61 ^]

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ใช้ทรานซิสเตอร์ซึ่งอาจเป็นหนึ่งในสิ่งประดิษฐ์ที่สำคัญที่สุดของศตวรรษที่ 20 ^{[ 62 ]}และเป็นส่วนประกอบพื้นฐานของวงจรสมัยใหม่ทั้งหมดวงจรรวม สมัยใหม่ อาจมีทรานซิสเตอร์ขนาดเล็กหลายพันล้านตัวในพื้นที่เพียงไม่กี่ตารางเซนติเมตร^{[ 63 ]}

งานของฟาราเดย์และแอมแปร์แสดงให้เห็นว่าสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงตามเวลาสร้างสนามไฟฟ้า และสนามไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงตามเวลาสร้างสนามแม่เหล็ก ดังนั้น เมื่อสนามใดสนามหนึ่งเปลี่ยนแปลงตามเวลา สนามของอีกสนามหนึ่งก็จะถูกเหนี่ยวนำขึ้นเสมอ^{[ 25 ] : 696–700}การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้คือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้รับการวิเคราะห์ทางทฤษฎีโดยเจมส์ คลาร์ก แม็กซ์เวลล์ในปี 1864 แม็กซ์เวลล์ได้พัฒนาชุดสมการที่สามารถอธิบายความสัมพันธ์ระหว่างสนามไฟฟ้า สนามแม่เหล็ก ประจุไฟฟ้า และกระแสไฟฟ้าได้อย่างชัดเจน นอกจากนี้ เขายังสามารถพิสูจน์ได้ว่าในสุญญากาศ คลื่นดังกล่าวจะเดินทางด้วยความเร็วแสงและดังนั้น แสงเองก็เป็นรูปแบบหนึ่งของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าสมการของแม็กซ์เวลล์ซึ่งรวมแสง สนาม และประจุเข้าด้วยกัน เป็นหนึ่งในหลักชัยสำคัญของฟิสิกส์เชิงทฤษฎี^{[ 25 ] : 696–700}

ผลงานของนักวิจัยจำนวนมากทำให้สามารถใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในการแปลงสัญญาณเป็น กระแสสั่น ความถี่สูงและด้วยตัวนำที่มีรูปร่างเหมาะสม กระแสไฟฟ้าจึงช่วยให้สามารถส่งและรับสัญญาณเหล่านี้ผ่านคลื่นวิทยุได้ในระยะทางไกลมาก^{[ 64 ]}

ในศตวรรษที่ 6 ก่อนคริสต์ศักราชธาเลสแห่งมิเลตุส นักปรัชญากรีก ได้ทำการทดลองกับแท่งอำพัน ซึ่งถือเป็นการศึกษาครั้งแรกเกี่ยวกับการผลิตไฟฟ้า แม้ว่าวิธีการนี้ ซึ่งปัจจุบันรู้จักกันในชื่อปรากฏการณ์ไตรโบอิเล็กทริกจะสามารถยกวัตถุเบา ๆ และสร้างประกายไฟได้ แต่ก็มีประสิทธิภาพต่ำมาก^{[ 65 ]}จนกระทั่งมีการประดิษฐ์แบตเตอรี่โวลตา ในศตวรรษที่ 18 จึงมีแหล่งผลิตไฟฟ้าที่ใช้งานได้จริง แบตเตอรี่โวลตาและ แบตเตอรี่ไฟฟ้าซึ่งเป็นเทคโนโลยีที่พัฒนาต่อยอดมาจากแบตเตอรี่โวลตาในปัจจุบันสามารถเก็บพลังงานทางเคมีและทำให้พร้อมใช้งานในรูปของไฟฟ้าได้ตามต้องการ^{[ 65 ]}

พลังงานไฟฟ้ามักถูกสร้างขึ้นโดย เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเชิงกลไฟฟ้าซึ่งสามารถขับเคลื่อนได้ด้วยไอน้ำที่ผลิตจาก การเผาไหม้ เชื้อเพลิงฟอสซิลหรือความร้อนที่ปล่อยออกมาจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ แต่ยังสามารถมาจากพลังงานจลน์ของลมหรือน้ำไหล ได้โดยตรงอีกด้วย กังหันไอน้ำที่คิดค้นโดยเซอร์ชาร์ลส์ พาร์สันส์ในปี 1884 ยังคงถูกนำมาใช้เพื่อแปลงพลังงานความร้อนของไอน้ำให้เป็นการเคลื่อนที่แบบหมุนซึ่งสามารถนำไปใช้กับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเชิงกลไฟฟ้าได้ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าดังกล่าวไม่มีความคล้ายคลึงกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบจานโฮโมโพลาร์ของฟาราเดย์ในปี 1831 แต่ก็ยังคงอาศัยหลักการทางแม่เหล็กไฟฟ้าของเขาที่ว่าตัวนำที่เชื่อมต่อกับสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงจะเหนี่ยวนำให้เกิดความต่างศักย์ที่ปลายทั้งสองข้าง^{[ 66 ]}ไฟฟ้าที่ผลิตโดยแผงโซลาร์เซลล์อาศัยกลไกที่แตกต่างกัน: รังสีจากแสงอาทิตย์จะถูกแปลงเป็นไฟฟ้าโดยตรงโดยใช้ปรากฏการณ์โฟโตโวลตาอิก^{[ 67 ]}

ความต้องการใช้ไฟฟ้าเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเมื่อประเทศมีความทันสมัยและเศรษฐกิจพัฒนาขึ้น^{[ 68 ]}สหรัฐอเมริกาแสดงให้เห็นถึงความต้องการที่เพิ่มขึ้น 12% ในแต่ละปีในช่วงสามทศวรรษแรกของศตวรรษที่ 20 ^{[ 69 ]}ซึ่งเป็นอัตราการเติบโตที่ประเทศเศรษฐกิจเกิดใหม่ เช่น อินเดียหรือจีน กำลังประสบอยู่^{[ 70 ] [ 71 ]}

ความกังวลด้านสิ่งแวดล้อมเกี่ยวกับการผลิตไฟฟ้าโดยเฉพาะอย่างยิ่งผลกระทบจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิลต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศส่งผลให้มีการมุ่งเน้นการผลิตจากแหล่งพลังงานหมุนเวียน มากขึ้น ในภาคพลังงานพลังงานลมและพลังงานแสงอาทิตย์มีต้นทุนที่คุ้มค่ามากขึ้น ซึ่งช่วยเร่งการเปลี่ยนผ่านด้านพลังงานจากเชื้อเพลิงฟอสซิล^{[ 72 ]}

การประดิษฐ์หม้อแปลงไฟฟ้า ในช่วงปลายศตวรรษที่สิบเก้า ทำให้สามารถส่งพลังงานไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นด้วยแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นแต่กระแสไฟฟ้าที่ต่ำลงการส่งกระแสไฟฟ้า อย่างมีประสิทธิภาพหมายความว่าสามารถผลิตไฟฟ้าได้ที่ โรงไฟฟ้าส่วนกลางซึ่งได้รับประโยชน์จากขนาดเศรษฐกิจและส่งไปยังจุดที่ต้องการได้ในระยะทางที่ค่อนข้างไกล^{[ 73 ] [ 74 ]}

โดยปกติแล้ว ความต้องการใช้ไฟฟ้าจะต้องตรงกับปริมาณการผลิต เนื่องจากเป็นการยากที่จะเก็บไฟฟ้าไว้ได้^{[ 73 ]} จะต้องมี การสำรองการผลิตไฟฟ้าไว้ในปริมาณหนึ่งเสมอเพื่อรองรับโครงข่ายไฟฟ้าจากการรบกวนและการสูญเสียที่หลีกเลี่ยงไม่ได้^{[ 75 ]}ด้วยระดับพลังงานหมุนเวียนผันแปร (พลังงานลมและพลังงานแสงอาทิตย์) ที่เพิ่มขึ้นในโครงข่าย ทำให้การจับคู่ระหว่างปริมาณการผลิตและความต้องการมีความท้าทายมากขึ้น เทคโนโลยีการจัดเก็บพลังงานจึงมีบทบาทมากขึ้นในการเชื่อมช่องว่างดังกล่าว มีเทคโนโลยีการจัดเก็บพลังงานสี่ประเภท แต่ละประเภทมีระดับความพร้อมทางเทคโนโลยี ที่แตกต่างกัน ได้แก่แบตเตอรี่ (การจัดเก็บทางเคมีไฟฟ้า) การจัดเก็บทางเคมี เช่นไฮโดรเจน การจัดเก็บ ทางความร้อน หรือการจัดเก็บทางกล (เช่นพลังงานน้ำแบบสูบกลับ ) ^{[ 76 ]}

ไฟฟ้าเป็นวิธีการถ่ายโอนพลังงานที่สะดวกมาก และได้รับการดัดแปลงเพื่อการใช้งานจำนวนมากและเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ^{[ 77 ]}การประดิษฐ์หลอดไฟไส้ แบบใช้งานได้จริง ในช่วงทศวรรษ 1870 ทำให้แสงสว่างกลายเป็นหนึ่งในการใช้งานพลังงานไฟฟ้าสาธารณะครั้งแรกๆ แม้ว่าการใช้ไฟฟ้าจะนำมาซึ่งอันตรายของมันเอง แต่การแทนที่เปลวไฟเปลือยของหลอดไฟแก๊สช่วยลดอันตรายจากไฟไหม้ภายในบ้านและโรงงานได้อย่างมาก^{[ 78 ]}มีการจัดตั้งสาธารณูปโภคขึ้นในหลายเมืองโดยมุ่งเป้าไปที่ตลาดแสงสว่างไฟฟ้าที่กำลังเติบโต ในช่วงปลายศตวรรษที่ 20 และในยุคปัจจุบัน แนวโน้มเริ่มไหลไปในทิศทางของการยกเลิกการควบคุมในภาคพลังงานไฟฟ้า^{[ 79 ]}

ผลกระทบ ความร้อนจูลแบบต้านทานที่ใช้ในหลอดไฟไส้ยังถูกนำมาใช้โดยตรงในการทำความร้อนด้วยไฟฟ้าแม้ว่าจะมีความหลากหลายและควบคุมได้ แต่ก็อาจถูกมองว่าสิ้นเปลือง เนื่องจากการผลิตไฟฟ้าส่วนใหญ่ต้องใช้การผลิตความร้อนที่โรงไฟฟ้าอยู่แล้ว^{[ 80 ]}หลายประเทศ เช่น เดนมาร์ก ได้ออกกฎหมายจำกัดหรือห้ามการใช้การทำความร้อนด้วยไฟฟ้าแบบต้านทานในอาคารใหม่^{[ 81 ]}อย่างไรก็ตาม ไฟฟ้ายังคงเป็นแหล่งพลังงานที่ใช้งานได้จริงอย่างมากสำหรับการทำความร้อนและการทำความเย็น [ ^{82 ]}โดยเครื่องปรับอากาศ / ปั๊มความร้อนเป็นภาคส่วนที่มีความต้องการใช้ไฟฟ้าเพิ่มขึ้นสำหรับการทำความร้อนและการทำความเย็น ซึ่งบริษัทสาธารณูปโภคไฟฟ้าจำเป็นต้องรองรับผลกระทบนี้มากขึ้นเรื่อยๆ^{[ 83 ] [ 84 ] คาด}ว่าการใช้ไฟฟ้าจะมีบทบาทสำคัญในการลดคาร์บอนในภาคส่วนที่พึ่งพาการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิลโดยตรง เช่น การขนส่ง (โดยใช้ยานพาหนะไฟฟ้า ) และการทำความร้อน (โดยใช้ปั๊มความร้อน ) ^{[ 85 ] [ 86 ]}

ผลกระทบของแม่เหล็กไฟฟ้านั้นเห็นได้ชัดเจนที่สุดในมอเตอร์ไฟฟ้าซึ่งเป็นวิธีการขับเคลื่อนพลังงานที่สะอาดและมีประสิทธิภาพ มอเตอร์แบบอยู่กับที่ เช่นรอกสามารถจ่ายพลังงานได้ง่าย แต่มอเตอร์ที่เคลื่อนที่ไปพร้อมกับการใช้งาน เช่นรถยนต์ไฟฟ้าจำเป็นต้องมีแหล่งพลังงาน เช่น แบตเตอรี่ หรือเก็บกระแสไฟฟ้าจากหน้าสัมผัสแบบเลื่อน เช่น แพนโทกราฟ ยานพาหนะที่ใช้พลังงานไฟฟ้าถูกนำมาใช้ในการขนส่งสาธารณะ เช่น รถโดยสารไฟฟ้าและรถไฟ^{[ 87 ]}และรถยนต์ไฟฟ้า^{[ 88 ]}

ไฟฟ้าถูกนำมาใช้ในระบบโทรคมนาคมและโทรเลขไฟฟ้าการสร้าง ระบบโทรเลข ข้ามทวีปและข้ามมหาสมุทรแอตแลนติกในช่วงทศวรรษ 1860 ทำให้การสื่อสารทั่วโลกเกิดขึ้นได้ภายในเวลาไม่กี่นาที

แรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้กับร่างกายมนุษย์ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าไหลผ่านเนื้อเยื่อ และถึงแม้ว่าความสัมพันธ์จะไม่เป็นเชิงเส้น แต่ยิ่งแรงดันไฟฟ้าสูง กระแสไฟฟ้าก็จะยิ่งมากขึ้น^{[ 89 ]}ระดับการรับรู้จะแตกต่างกันไปตามความถี่ของแหล่งจ่ายไฟและเส้นทางของกระแสไฟฟ้า แต่จะอยู่ที่ประมาณ 0.1  มิลลิแอมป์ถึง 1  มิลลิแอมป์สำหรับไฟฟ้าความถี่กระแสหลัก แม้ว่ากระแสไฟฟ้าที่ต่ำเพียงไมโครแอมป์ก็สามารถตรวจจับได้ว่าเป็น ผลกระทบจากการสั่น สะเทือนทางไฟฟ้าภายใต้เงื่อนไขบางประการ^{[ 90 ]}หากกระแสไฟฟ้าสูงเพียงพอ จะทำให้กล้ามเนื้อหดตัว หัวใจเต้นผิดจังหวะ และ เนื้อเยื่อไหม้ [ ^{89 ] การ}ที่ไม่มีสัญญาณที่มองเห็นได้ว่าตัวนำมีกระแสไฟฟ้า ทำให้ไฟฟ้าเป็นอันตรายอย่างยิ่ง ความเจ็บปวดที่เกิดจากไฟฟ้าช็อตอาจรุนแรงมาก จนบางครั้งมีการใช้ไฟฟ้าเป็นวิธีการทรมาน^{[ 91 ]}การเสียชีวิตที่เกิดจากไฟฟ้าช็อต— การประหารชีวิต ด้วยไฟฟ้า —ยังคงใช้สำหรับการประหารชีวิตตามกระบวนการยุติธรรมในบางรัฐของสหรัฐอเมริกา แม้ว่าการใช้งานจะหายากมากในช่วงปลายศตวรรษที่ 20 ก็ตาม^{[ 92 ]}

ไฟฟ้าไม่ใช่สิ่งประดิษฐ์ของมนุษย์ และสามารถสังเกตได้ในหลายรูปแบบในธรรมชาติ โดยเฉพาะอย่างยิ่งฟ้าผ่าปฏิสัมพันธ์หลายอย่างที่คุ้นเคยในระดับมหภาค เช่นการสัมผัส แรงเสียดทานหรือพันธะเคมีล้วนเกิดจากปฏิสัมพันธ์ระหว่างสนามไฟฟ้าในระดับอะตอม สนามแม่เหล็กโลกเกิดจากไดนาโมธรรมชาติของกระแสไฟฟ้าหมุนเวียนในแกนกลางของโลก^{[ 93 ]}ผลึกบางชนิด เช่นควอตซ์หรือแม้แต่น้ำตาลจะสร้างความแตกต่างของศักย์ไฟฟ้าข้ามหน้าตัดเมื่อถูกกด^{[ 94 ]}ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าเพียโซอิเล็กทริก มาจากภาษากรีกpiezein (πιέζειν) ซึ่งหมายถึงการกด และถูกค้นพบในปี 1880 โดยปิแอร์และฌาคส์ กูรีผลกระทบเป็นแบบผกผัน: เมื่อวัสดุเพียโซอิเล็กทริกถูกสนามไฟฟ้า มันจะเปลี่ยนขนาดเล็กน้อย^{[ 94 ]}

สิ่งมีชีวิตบางชนิด เช่นฉลามสามารถตรวจจับและตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของสนามไฟฟ้า ซึ่งเป็นความสามารถที่เรียกว่า^การรับรู้ด้วยไฟฟ้า [ ^{95 ]}ในขณะที่สิ่งมีชีวิตอื่นๆ ที่เรียกว่า สร้างกระแส ไฟฟ้าได้ สามารถสร้างแรงดันไฟฟ้าได้เองเพื่อใช้เป็นอาวุธในการล่าหรือป้องกันตัว ซึ่งได้แก่ปลาไฟฟ้าในอันดับต่างๆ^{[ 3 ]}อันดับGymnotiformesซึ่งตัวอย่างที่รู้จักกันดีที่สุดคือปลาไหลไฟฟ้าตรวจจับหรือทำให้เหยื่อสลบด้วยแรงดันไฟฟ้าสูงที่สร้างขึ้นจากเซลล์กล้ามเนื้อที่ดัดแปลงแล้วที่เรียกว่าอิเล็กโตไซต์ [ ^{3 ] [ 4 ] สัตว์}ทุกชนิดส่งข้อมูลไปตามเยื่อหุ้มเซลล์ด้วยพัลส์แรงดันไฟฟ้าที่เรียกว่าศักยภาพการกระทำซึ่งมีหน้าที่ในการสื่อสารโดยระบบประสาทระหว่างเซลล์ประสาทและกล้ามเนื้อ [ ^{96 ] การ}ช็อกไฟฟ้ากระตุ้นระบบนี้และทำให้กล้ามเนื้อหดตัว^{[ 97 ]}ศักยภาพการกระทำยังมีหน้าที่ในการประสานกิจกรรมในพืชบางชนิดอีกด้วย^{[ 96 ]}