ประจุไฟฟ้า
สนามไฟฟ้าของประจุจุดบวกและประจุจุดลบ
สัญลักษณ์ทั่วไป	q
หน่วย SI	คูลอมบ์ (C)
หน่วยอื่นๆ	ประจุพื้นฐาน ฟาราเดย์ แอมแปร์-ชั่วโมง
ในหน่วยฐาน SI	เอ⋅ส
กว้างขวาง ?	ใช่
อนุรักษ์ไว้ ?	ใช่
มิติ	${\displaystyle {\mathsf {T}}{\mathsf {I}}}$

ประจุไฟฟ้า (สัญลักษณ์qบางครั้งQ ) เป็นคุณสมบัติทางกายภาพของสสารที่ทำให้เกิดแรงเมื่ออยู่ในสนามแม่เหล็กไฟฟ้าประจุไฟฟ้าอาจเป็นบวกหรือลบประจุชนิดเดียวกันจะผลักกัน และประจุต่างชนิดกันจะดึงดูดกัน^{[ 1 ]}วัตถุที่ไม่มีประจุสุทธิเรียกว่าเป็นกลางทางไฟฟ้าความรู้ในยุคแรกเกี่ยวกับปฏิสัมพันธ์ของสารที่มีประจุเรียกว่าพลศาสตร์ไฟฟ้าแบบคลาสสิกและยังคงถูกต้องสำหรับปัญหาที่ไม่ต้องพิจารณาผลกระทบควอนตัม

ในระบบที่แยกตัวออกจากสิ่งแวดล้อมภายนอก ประจุรวมจะคงที่เสมอ กล่าวคือ ปริมาณประจุบวกหักลบด้วยปริมาณประจุลบจะไม่เปลี่ยนแปลงไปตามเวลาตัวนำ ประจุไฟฟ้า ได้แก่อนุภาคย่อยของอะตอมในสสารทั่วไป ประจุลบถูกนำพาโดยอิเล็กตรอนและประจุบวกถูกนำพาโดยโปรตอนในนิวเคลียสของอะตอมหากมีอิเล็กตรอนมากกว่าโปรตอนในสสารนั้น สสารนั้นจะมีประจุลบ หากมีอิเล็กตรอนน้อยกว่า โปรตอนจะมีประจุบวก และหากมีจำนวนเท่ากัน สสารนั้นจะเป็นกลาง

ประจุมีลักษณะเป็นควอนตัม : มันมาในรูปของผลคูณจำนวนเต็มของหน่วยย่อยขนาดเล็กที่เรียกว่าประจุพื้นฐาน e ประมาณ1.602 × 10 ⁻¹⁹  C , ^{[ 2 ]}ซึ่งเป็นประจุที่เล็กที่สุดที่สามารถมีอยู่ได้อย่างอิสระ อนุภาคที่เรียกว่าควาร์กมีประจุที่เล็กกว่า ซึ่งเป็นผลคูณของ⁠1/3อิเล็กตรอนและโฮลมีอยู่ร่วมกัน แต่จะพบได้เฉพาะในอนุภาคที่มีประจุเป็นจำนวนเต็มเท่าของeเท่านั้น ในแบบจำลองมาตรฐานประจุเป็นเลขควอนตัมที่อนุรักษ์ไว้อย่างสมบูรณ์ โปรตอนมีประจุ + eและอิเล็กตรอนมีประจุ −e ปัจจุบัน ประจุลบถูกนิยามว่าเป็นประจุที่อิเล็กตรอนมี และประจุบวกถูกนิยามว่าเป็นประจุที่โปรตอนมี ก่อนที่จะมีการค้นพบอนุภาคเหล่านี้ เบน จามิน แฟรงคลิน ได้นิยามประจุบวกว่าเป็นประจุที่แท่งแก้วได้รับเมื่อถูกถูด้วยผ้าไหม

ประจุไฟฟ้าก่อให้เกิดสนามไฟฟ้า^{[ 3 ]}ประจุที่เคลื่อนที่ยังก่อให้เกิดสนามแม่เหล็กด้วย^{[ 4 ​​]}ปฏิสัมพันธ์ของประจุไฟฟ้ากับสนามแม่เหล็กไฟฟ้า (การรวมกันของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก) เป็นแหล่งกำเนิดของแรงแม่เหล็กไฟฟ้า (หรือแรงลอเรนซ์) [ ^{5 ] ซึ่ง}เป็นหนึ่งในปฏิสัมพันธ์พื้นฐาน สี่ประการ ในฟิสิกส์การศึกษา ปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคที่มีประจุ ผ่านโฟตอนเรียกว่าควอนตัมอิเล็กโทรไดนามิกส์^{[ 6 ]}

หน่วยอนุพันธ์ของระบบ SI สำหรับประจุไฟฟ้าคือคูลอมบ์ (C) ซึ่งตั้งชื่อตามนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศสชาร์ลส์-ออกัสติน เดอ คูลอมบ์ในวิศวกรรมไฟฟ้านิยมใช้หน่วยแอมแปร์-ชั่วโมง (A⋅h) ด้วยเช่นกัน ในฟิสิกส์และเคมีนิยมใช้หน่วยประจุพื้นฐาน ( e ) นอกจากนี้ ในวิชาเคมี ยังใช้ค่าคงที่ฟาราเดย์ซึ่งเป็นประจุของประจุพื้นฐาน หนึ่ง โมล ด้วย

ประจุเป็นคุณสมบัติพื้นฐานของสสารที่แสดง แรงดึงดูดหรือแรงผลัก ทางไฟฟ้าสถิตเมื่อมีสสารอื่นที่มีประจุอยู่ด้วย ประจุไฟฟ้าเป็นคุณสมบัติเฉพาะของอนุภาคย่อยอะตอมหลายชนิด ประจุของอนุภาคอิสระเป็นจำนวนเต็มเท่าของประจุพื้นฐานeเรากล่าวว่าประจุไฟฟ้าเป็นควอนตัมไมเคิล ฟาราเดย์ใน การทดลอง อิเล็กโทรไลซิส ของเขา เป็นคนแรกที่สังเกตเห็นลักษณะที่ไม่ต่อเนื่องของประจุไฟฟ้าการทดลองหยดน้ำมันของโรเบิร์ต มิลลิกันแสดงให้เห็นข้อเท็จจริงนี้โดยตรงและวัดประจุพื้นฐาน มีการค้นพบว่าอนุภาคชนิดหนึ่งคือควาร์กมีประจุเป็นเศษส่วนคือ − ⁠1/3หรือ +​2/3แต่เชื่อกันว่าอนุภาคเหล่านี้มักปรากฏในรูปทวีคูณของประจุจำนวนเต็มเสมอ และไม่เคยมีการสังเกตพบอนุภาคควาร์กอิสระเลย

ตามธรรมเนียมแล้วประจุของอิเล็กตรอนคือลบ−eในขณะที่ประจุของโปรตอนคือบวก+eอนุภาคที่มีประจุเหมือนกันจะผลักกัน และอนุภาคที่มีประจุต่างกันจะดึงดูดกันกฎของคูลอมบ์ อธิบาย แรงทางไฟฟ้าสถิตระหว่างอนุภาคสองอนุภาคโดยระบุว่า แรงนั้นเป็นสัดส่วนโดยตรงกับผลคูณของประจุของอนุภาคทั้งสอง และเป็นสัดส่วนผกผันกับกำลังสองของระยะห่างระหว่างอนุภาคทั้งสอง ประจุของอนุภาคปฏิปักษ์จะเท่ากับประจุของอนุภาคที่สอดคล้องกัน แต่มีเครื่องหมายตรงข้าม

ประจุไฟฟ้าของ วัตถุ ขนาดใหญ่คือผลรวมของประจุไฟฟ้าของอนุภาคที่ประกอบขึ้นเป็นวัตถุนั้น ประจุนี้มักมีขนาดเล็ก เนื่องจากสสารประกอบด้วยอะตอมและอะตอมโดยทั่วไปจะมีจำนวนโปรตอนและอิเล็กตรอน เท่ากัน ในกรณีเช่นนี้ ประจุของพวกมันจะหักล้างกัน ทำให้ได้ประจุสุทธิเป็นศูนย์ จึงทำให้อะตอมเป็นกลาง

ไอออนคืออะตอม (หรือกลุ่มของอะตอม) ที่สูญเสียอิเล็กตรอนไปหนึ่งตัวหรือมากกว่า ทำให้มีประจุสุทธิเป็นบวก (แคตไอออน) หรือได้รับอิเล็กตรอนไปหนึ่งตัวหรือมากกว่า ทำให้มีประจุสุทธิเป็นลบ (แอนไอออน) ไอออนโมโนอะตอมิกเกิดจากอะตอมเดี่ยว ในขณะที่ไอออนโพลีอะตอมิกเกิดจากอะตอมสองตัวหรือมากกว่าที่เชื่อมต่อกัน ซึ่งในแต่ละกรณีจะได้ไอออนที่มีประจุสุทธิเป็นบวกหรือลบ

สนามไฟฟ้าที่เกิดจากประจุไฟฟ้าบวก (ซ้าย) และสนามไฟฟ้าที่เกิดจากประจุไฟฟ้าลบ (ขวา)

ในระหว่างการก่อตัวของวัตถุขนาดใหญ่ อะตอมและไอออนที่เป็นส่วนประกอบมักจะรวมตัวกันเพื่อสร้างโครงสร้างที่ประกอบด้วยสารประกอบไอออนิก ที่เป็นกลาง ซึ่งยึดเหนี่ยวทางไฟฟ้ากับอะตอมที่เป็นกลาง ดังนั้นวัตถุขนาดใหญ่จึงมีแนวโน้มที่จะเป็นกลางโดยรวม แต่โดยทั่วไปแล้ววัตถุขนาดใหญ่จะไม่เป็นกลางโดยสมบูรณ์

บางครั้งวัตถุขนาดใหญ่จะมีไอออนกระจายอยู่ทั่วเนื้อวัสดุ ยึดติดอยู่กับที่อย่างแน่นหนา ทำให้วัตถุมีประจุสุทธิเป็นบวกหรือลบ นอกจากนี้ วัตถุขนาดใหญ่ที่ทำจากธาตุตัวนำสามารถรับหรือปล่อยอิเล็กตรอนได้ง่ายหรือยาก (ขึ้นอยู่กับธาตุ) และรักษาประจุสุทธิเป็นลบหรือบวกได้อย่างไม่มีกำหนด เมื่อประจุไฟฟ้าสุทธิของวัตถุไม่เป็นศูนย์และอยู่นิ่ง ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าไฟฟ้าสถิตซึ่งสามารถเกิดขึ้นได้ง่ายโดยการถูวัสดุสองชนิดที่แตกต่างกันเข้าด้วยกัน เช่น การถูอำพันกับขนสัตว์หรือแก้วกับผ้าไหมด้วยวิธีนี้ วัสดุที่ไม่นำไฟฟ้าสามารถมีประจุได้ในระดับที่สำคัญ ไม่ว่าจะเป็นบวกหรือลบ ประจุที่ถูกดึงออกจากวัสดุหนึ่งจะเคลื่อนไปยังวัสดุอื่น ทำให้เกิดประจุตรงข้ามที่มีขนาดเท่ากัน กฎการอนุรักษ์ประจุจะใช้ได้เสมอ ทำให้วัตถุที่รับประจุลบมีประจุบวกที่มีขนาดเท่ากัน และในทางกลับกัน

แม้ว่าประจุสุทธิของวัตถุจะเป็นศูนย์ แต่ประจุอาจกระจายตัวอย่างไม่สม่ำเสมอในวัตถุ (เช่น เนื่องมาจากสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ภายนอก หรือโมเลกุลขั้วที่ถูกผูกไว้) ในกรณีเช่นนี้ วัตถุนั้นจะถูกเรียกว่ามีขั้วประจุที่เกิดจากขั้วเรียกว่าประจุผูกพันในขณะที่ประจุบนวัตถุที่เกิดจากอิเล็กตรอนที่ได้รับหรือสูญเสียจากภายนอกวัตถุเรียกว่าประจุอิสระการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในโลหะ ตัวนำ ในทิศทางเฉพาะเรียกว่ากระแสไฟฟ้า

หน่วยSIของปริมาณประจุไฟฟ้าคือคูลอมบ์ (สัญลักษณ์: C) คูลอมบ์ถูกกำหนดให้เป็นปริมาณประจุที่ผ่านหน้าตัดของตัวนำไฟฟ้าที่นำกระแสไฟฟ้า 1 แอมแปร์เป็นเวลา 1 วินาที[ ^{7 ] หน่วย}นี้ได้รับการเสนอในปี 1946 และได้รับการรับรองในปี 1948 ^{[ 7 ]} มักใช้ สัญลักษณ์q ตัวเล็ก เพื่อแสดงปริมาณประจุไฟฟ้า ปริมาณประจุไฟฟ้าสามารถวัดได้โดยตรงด้วยอิเล็กโทรมิเตอร์หรือวัดโดยอ้อมด้วยแกลวาโนมิเตอร์แบบบัลลิสติก

ประจุพื้นฐานถูกกำหนดให้เป็นค่าคงที่พื้นฐานในระบบ SI ^{[ 8 ]}ค่าของประจุพื้นฐาน เมื่อแสดงในหน่วย SI จะมีค่าเท่ากับ อย่างแน่นอน1.602 176 634 × 10 ⁻¹⁹  C . ^{[ 2 ]}

หลังจากค้นพบ คุณสมบัติ เชิงควอนตัมของประจุ ในปี 1891 จอร์จ สโตนีย์ได้เสนอหน่วย "อิเล็กตรอน" สำหรับหน่วยพื้นฐานของประจุไฟฟ้า ต่อมา เจ.เจ. ทอมสันได้ค้นพบอนุภาคที่เราเรียกว่าอิเล็กตรอนในปัจจุบันในปี 1897 ปัจจุบันหน่วยนี้เรียกว่าประจุพื้นฐานหน่วยพื้นฐานของประจุหรือเขียนแทนง่ายๆ ว่าeโดยประจุของอิเล็กตรอนคือ −e ประจุของระบบที่แยกตัวควรเป็นพหุคูณของประจุพื้นฐานeแม้ว่าในระดับใหญ่ประจุจะดูเหมือนมีพฤติกรรมเป็นปริมาณต่อเนื่องก็ตาม ในบางบริบท การพูดถึงเศษส่วนของประจุพื้นฐานก็มีความหมาย เช่น ในปรากฏการณ์ ควอนตัมฮอล ล์ แบบเศษส่วน

บางครั้งมีการใช้ หน่วยฟาราเดย์ในเคมีไฟฟ้า หนึ่งฟาราเดย์คือขนาดของประจุของประจุพื้นฐานหนึ่งโมล^{[ 9 ]}เช่น9.648 533 212 ... × 10 ⁴  C .

ตั้งแต่สมัยโบราณ ผู้คนคุ้นเคยกับปรากฏการณ์สี่ประเภทที่ในปัจจุบันสามารถอธิบายได้โดยใช้แนวคิดเรื่องประจุไฟฟ้า ได้แก่ (ก) ฟ้าผ่า (ข) ปลาตอร์ปิโด (หรือปลากระเบนไฟฟ้า) (ค) ไฟเซนต์เอลโมและ (ง) อำพัน ที่ ถูด้วยขนสัตว์จะดึงดูดวัตถุขนาดเล็กและเบา^{[ 10 ]}บันทึกแรกเกี่ยวกับผลของอำพันมักถูกยกให้เป็นผลงานของนักคณิตศาสตร์ชาวกรีกโบราณชื่อเธลส์แห่งมิเลตุสซึ่งมีชีวิตอยู่ระหว่างประมาณ ค.ศ. 624 ถึง ค.ศ. 546 ก่อนคริสตกาล แต่มีข้อสงสัยว่าเธลส์ได้ทิ้งงานเขียนไว้หรือไม่^{[ 11 ]}บันทึกของเขาเกี่ยวกับอำพันเป็นที่รู้จักจากบันทึกในช่วงต้นศตวรรษที่ 200 ^{[ 12 ]}บันทึกนี้สามารถใช้เป็นหลักฐานว่าปรากฏการณ์นี้เป็นที่รู้จักมาอย่างน้อยตั้งแต่ประมาณ ค.ศ. 600 ก่อนคริสตกาล แต่เธลส์อธิบายปรากฏการณ์นี้ว่าเป็นหลักฐานว่าวัตถุที่ไม่มีชีวิตมีวิญญาณ^{[ 12 ]}กล่าวอีกนัยหนึ่งคือไม่มีข้อบ่งชี้ใด ๆ เกี่ยวกับแนวคิดเรื่องประจุไฟฟ้า โดยทั่วไปแล้ว ชาวกรีกโบราณไม่เข้าใจความเชื่อมโยงระหว่างปรากฏการณ์ทั้งสี่ประเภทนี้ ชาวกรีกสังเกตว่าปุ่มอำพันที่มีประจุสามารถดึงดูดวัตถุที่มีน้ำหนักเบา เช่นเส้นผมได้ พวกเขายังพบว่าหากถูอำพันเป็นเวลานานพอ พวกเขาสามารถทำให้ เกิด ประกายไฟได้ แต่ก็มีการอ้างว่าไม่มีการกล่าวถึงประกายไฟจนกระทั่งปลายศตวรรษที่ 17 ^{[ 13 ]}คุณสมบัตินี้ได้มาจากปรากฏการณ์ไตรโบอิเล็กทริกในช่วงปลายคริสต์ศตวรรษที่ 1100 สารเจ็ต ซึ่งเป็นถ่านหินอัดแน่น ถูกสังเกตว่ามีปรากฏการณ์คล้ายอำพัน^{[ 14 ]}และในช่วงกลางคริสต์ศตวรรษที่ 1500 จิโรลาโม ฟราคาสโตโรค้นพบว่าเพชรก็แสดงปรากฏการณ์นี้เช่น กัน ^{[ 15 ]}ฟราคาสโตโรและคนอื่นๆ โดยเฉพาะจิโรลาโม คาร์ดาโน ได้พยายาม พัฒนาคำอธิบายสำหรับปรากฏการณ์นี้^{[ 16 ]}

ตรงกันข้ามกับดาราศาสตร์กลศาสตร์และทัศนศาสตร์ซึ่งได้รับการศึกษาเชิงปริมาณมาตั้งแต่สมัยโบราณ การเริ่มต้นของการวิจัยเชิงคุณภาพและเชิงปริมาณอย่างต่อเนื่องเกี่ยวกับปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าสามารถระบุได้จากการตีพิมพ์หนังสือDe Magneteโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษWilliam Gilbertในปี ค.ศ. 1600 ^{[ 17 ]}ในหนังสือเล่มนี้ มีส่วนเล็กๆ ที่ Gilbert กลับมากล่าวถึงปรากฏการณ์อำพัน (ตามที่เขาเรียก) ในการกล่าวถึงทฤษฎีก่อนหน้านี้หลายทฤษฎี^{[ 16 ]}และบัญญัติศัพท์ภาษาละตินใหม่ว่าelectrica (จากἤλεκτρον (ēlektron) ซึ่งเป็นคำภาษากรีก ที่แปลว่า อำพัน ) คำภาษาละตินนี้ได้รับการแปลเป็นภาษาอังกฤษว่าelectrics ^{[ 18 ]}กิลเบิร์ตยังได้รับการยกย่องว่าเป็นผู้คิดค้นคำว่าelectricalในขณะที่คำว่าelectricityมาภายหลัง โดยเซอร์โทมัส บราวน์ เป็นผู้กล่าวคำนี้เป็นครั้งแรก ในหนังสือ Pseudodoxia Epidemica ของเขา ในปี 1646 ^{[ 19 ]} (สำหรับรายละเอียดทางภาษาศาสตร์เพิ่มเติม โปรดดูที่Etymology of electricity ) กิลเบิร์ตตั้งสมมติฐานว่าปรากฏการณ์อำพันนี้สามารถอธิบายได้ด้วย effluvium (กระแสอนุภาคขนาดเล็กที่ไหลออกจากวัตถุไฟฟ้าโดยไม่ทำให้ปริมาตรหรือน้ำหนักลดลง) ซึ่งส่งผลต่อวัตถุอื่น แนวคิดเรื่อง effluvium ทางไฟฟ้าของวัสดุนี้มีอิทธิพลอย่างมากในศตวรรษที่ 17 และ 18 มันเป็นแนวคิดเบื้องต้นของแนวคิดที่พัฒนาขึ้นในศตวรรษที่ 18 เกี่ยวกับ "ของเหลวไฟฟ้า" (Dufay, Nollet, Franklin) และ "ประจุไฟฟ้า" ^{[ 20 ]}

ประมาณปี 1663 ออตโต ฟอน เกอริค ได้ประดิษฐ์สิ่งที่น่าจะเป็น เครื่องกำเนิดไฟฟ้าสถิตเครื่องแรกแต่เขาไม่ได้ตระหนักว่ามันเป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าเป็นหลัก และทำการทดลองทางไฟฟ้าเพียงเล็กน้อยเท่านั้น^{[ 21 ]}ผู้บุกเบิกชาวยุโรปคนอื่นๆ ได้แก่โรเบิร์ต บอยล์ซึ่งในปี 1675 ได้ตีพิมพ์หนังสือเล่มแรกในภาษาอังกฤษที่อุทิศให้กับปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าโดยเฉพาะ^{[ 22 ]}งานของเขาส่วนใหญ่เป็นการทำซ้ำการศึกษาของกิลเบิร์ต แต่เขายังระบุ "ไฟฟ้า" เพิ่มเติมอีกหลายอย่าง^{[ 23 ]}และสังเกตแรงดึงดูดระหว่างกันระหว่างวัตถุสองชิ้น^{[ 22 ]}

ในปี ค.ศ. 1729 สตีเฟน เกรย์กำลังทดลองเกี่ยวกับไฟฟ้าสถิตซึ่งเขาสร้างขึ้นโดยใช้หลอดแก้ว เขาพบว่าจุกไม้ก๊อกที่ใช้ป้องกันหลอดจากฝุ่นและความชื้นก็มีไฟฟ้า (มีประจุ) การทดลองเพิ่มเติม (เช่น การต่อจุกไม้ก๊อกโดยการเสียบแท่งเล็กๆ เข้าไป) แสดงให้เห็นเป็นครั้งแรกว่า กระแสไฟฟ้า (ตามที่เกรย์เรียก) สามารถส่งผ่าน (นำไฟฟ้า) ได้ในระยะทางไกล เกรย์สามารถส่งผ่านประจุด้วยเชือก (765 ฟุต) และลวด (865 ฟุต) ^{[ 24 ]}จากการทดลองเหล่านี้ เกรย์ค้นพบความสำคัญของวัสดุต่างๆ ที่ช่วยอำนวยความสะดวกหรือขัดขวางการนำกระแสไฟฟ้าจอห์น ธีโอฟิลัส เดซากูลิเย ร์ ผู้ซึ่งทำการทดลองซ้ำหลายครั้งของเกรย์ ได้รับเครดิตในการบัญญัติศัพท์คำว่าตัวนำและฉนวนเพื่ออ้างถึงผลกระทบของวัสดุต่างๆ ในการทดลองเหล่านี้^{[ 24 ]}เกรย์ยังค้นพบการเหนี่ยวนำไฟฟ้า (เช่น ประจุสามารถส่งผ่านจากวัตถุหนึ่งไปยังอีกวัตถุหนึ่งได้โดยไม่ต้องสัมผัสทางกายภาพโดยตรง) ตัวอย่างเช่น เขาแสดงให้เห็นว่าการนำหลอดแก้วที่มีประจุมาใกล้ แต่ไม่ให้สัมผัสกับก้อนตะกั่วที่ยึดไว้ด้วยเส้นด้าย จะทำให้ตะกั่วเกิดการเหนี่ยวนำทางไฟฟ้าได้ (เช่น เพื่อดึงดูดและผลักผงทองเหลือง) ^{[ 25 ]}เขาพยายามอธิบายปรากฏการณ์นี้ด้วยแนวคิดเรื่องการปล่อยประจุไฟฟ้า^{[ 26 ]}

การค้นพบของเกรย์นำมาซึ่งการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญในการพัฒนาความรู้ทางประวัติศาสตร์เกี่ยวกับประจุไฟฟ้า ข้อเท็จจริงที่ว่าพลังงานไฟฟ้าสามารถถ่ายโอนจากวัตถุหนึ่งไปยังอีกวัตถุหนึ่งได้ เปิดโอกาสทางทฤษฎีว่าคุณสมบัตินี้ไม่ได้เชื่อมโยงอย่างแยกไม่ออกกับวัตถุที่ถูกทำให้มีไฟฟ้าจากการถู^{[ 27 ]}ในปี 1733 ชาร์ลส์ ฟรองซัวส์ เดอ ซิสเตอร์เนย์ ดู เฟย์ได้รับแรงบันดาลใจจากงานของเกรย์ จึงได้ทำการทดลองหลายชุด (รายงานในMémoires de l' Académie Royale des Sciences ) ซึ่งแสดงให้เห็นว่าสารเกือบทั้งหมดสามารถ 'มีไฟฟ้า' ได้จากการถู ยกเว้นโลหะและของเหลว^{[ 28 ]}และเสนอว่าไฟฟ้ามีสองประเภทที่หักล้างกัน ซึ่งเขาแสดงออกมาในรูปของทฤษฎีสองของเหลว^{[ 29 ]}เมื่อถูแก้ว ด้วย ผ้าไหมดู เฟย์กล่าวว่าแก้วมีประจุไฟฟ้าแบบแก้วและเมื่อถูอำพันด้วยขนสัตว์ อำพันมีประจุไฟฟ้าแบบเรซินในความเข้าใจร่วมสมัย ประจุบวกถูกกำหนดให้เป็นประจุของแท่งแก้วหลังจากถูกถูด้วยผ้าไหม แต่การกำหนดว่าประจุประเภทใดเป็นบวกและประเภทใดเป็นลบนั้นเป็นไปตามอำเภอใจ^{[ 30 ]}ทฤษฎีสองของเหลวที่สำคัญอีกทฤษฎีหนึ่งจากยุคนี้ได้รับการเสนอโดยJean-Antoine Nollet (1745) ^{[ 31 ]}

จนกระทั่งราวปี 1745 คำอธิบายหลักสำหรับการดึงดูดและผลักกันของไฟฟ้าคือแนวคิดที่ว่าวัตถุที่มีไฟฟ้าจะปล่อยไอระเหยออกมา^{[ 32 ]}เบนจามิน แฟรงคลินเริ่มทำการทดลองทางไฟฟ้าในช่วงปลายปี 1746 ^{[ 33 ]} และภายในปี 1750 ได้พัฒนา ทฤษฎีไฟฟ้าแบบของเหลวชนิดเดียวโดยอิงจากการทดลองที่แสดงให้เห็นว่าแก้วที่ถูกถูจะได้รับความแรงของประจุเท่ากัน แต่ตรงกันข้ามกับผ้าที่ใช้ถูแก้ว^{[ 33 ] [ 34 ]}แฟรงคลินจินตนาการว่าไฟฟ้าเป็นของเหลวที่มองไม่เห็นชนิดหนึ่งที่มีอยู่ในสสารทั้งหมด และบัญญัติคำว่าประจุ (รวมถึงแบตเตอรี่และคำอื่นๆ อีก^{[ 35 ]} ) ตัวอย่างเช่น เขาเชื่อว่าแก้วในขวดไลเดนเป็นสิ่งที่กักเก็บประจุที่สะสมไว้ เขาตั้งสมมติฐานว่าการถูพื้นผิวที่เป็นฉนวนเข้าด้วยกันทำให้ของเหลวนี้เปลี่ยนตำแหน่ง และการไหลของของเหลวนี้ก่อให้เกิดกระแสไฟฟ้า เขายังตั้งสมมติฐานว่าเมื่อสสารมีของเหลวมากเกินไป มันจะ มีประจุ บวกและเมื่อมีของเหลวน้อยเกินไป มันจะ มีประจุ ลบเขาระบุว่าคำว่าบวกหมายถึงไฟฟ้าแก้ว และลบหมายถึงไฟฟ้าเรซิน หลังจากทำการทดลองกับหลอดแก้วที่เขาได้รับจากปีเตอร์ คอลลินสัน เพื่อนร่วมงานในต่างประเทศ การทดลองนี้ให้ผู้เข้าร่วม A ชาร์จหลอดแก้ว และผู้เข้าร่วม B ได้รับการช็อตที่ข้อนิ้วจากหลอดที่มีประจุ แฟรงคลินระบุว่าผู้เข้าร่วม B มีประจุบวกหลังจากได้รับการช็อตจากหลอด^{[ 36 ]}มีความคลุมเครืออยู่บ้างว่าวิลเลียม วัตสันได้มาถึงคำอธิบายของเหลวชนิดเดียวกันโดยอิสระในช่วงเวลาเดียวกัน (1747) หรือไม่ วัตสัน หลังจากเห็นจดหมายของแฟรงคลินถึงคอลลินสัน อ้างว่าเขาได้นำเสนอคำอธิบายเดียวกันกับแฟรงคลินในฤดูใบไม้ผลิปี 1747 ^{[ 37 ]}แฟรงคลินได้ศึกษาผลงานบางส่วนของวัตสันก่อนที่จะทำการทดลองและการวิเคราะห์ของตนเอง ซึ่งอาจมีความสำคัญต่อทฤษฎีของแฟรงคลินเอง^{[ 38 ]}นักฟิสิกส์คนหนึ่งเสนอว่าวัตสันเสนอทฤษฎีของไหลหนึ่งชนิดก่อน จากนั้นแฟรงคลินจึงขยายความและมีอิทธิพลมากขึ้น^{[ 39 ]}นักประวัติศาสตร์วิทยาศาสตร์โต้แย้งว่าวัตสันมองข้ามความแตกต่างเล็กน้อยระหว่างความคิดของเขากับของแฟรงคลิน ดังนั้นวัตสันจึงตีความความคิดของเขาผิดว่าคล้ายคลึงกับของแฟรงคลิน^{[ 40 ]}อย่างไรก็ตาม ไม่มีความเป็นปรปักษ์ระหว่างวัตสันและแฟรงคลิน และแบบจำลองการทำงานของไฟฟ้าของแฟรงคลิน ซึ่งกำหนดขึ้นในช่วงต้นปี ค.ศ. 1747 ในที่สุดก็ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางในเวลานั้น^{[ 38 ]}หลังจากงานของแฟรงคลินแล้ว คำอธิบายที่อิงตามไอเสียก็แทบจะไม่ถูกนำเสนออีกเลย^{[ 41 ]}

เป็นที่ทราบกันแล้วว่าแบบจำลองของแฟรงคลินนั้นถูกต้องโดยพื้นฐาน มีประจุไฟฟ้าเพียงชนิดเดียว และจำเป็นต้องใช้ตัวแปรเพียงตัวเดียวในการติดตามปริมาณประจุ^{[ 42 ]}

จนกระทั่งถึงปี 1800 การศึกษาการนำประจุไฟฟ้าทำได้โดยใช้การปล่อยประจุไฟฟ้าสถิตเท่านั้น ในปี 1800 อเลสซานโดร โวลตาเป็นคนแรกที่แสดงให้เห็นว่าประจุสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างต่อเนื่องผ่านเส้นทางปิด^{[ 43 ]}

ในปี พ.ศ. 2476 ไมเคิล ฟาราเดย์พยายามขจัดข้อสงสัยใดๆ ว่าไฟฟ้ามีลักษณะเหมือนกัน ไม่ว่าแหล่งกำเนิดจะเป็นอย่างไร^{[ 44 ]}เขาได้อภิปรายรูปแบบต่างๆ ที่เป็นที่รู้จัก ซึ่งเขาได้จำแนกเป็นไฟฟ้าทั่วไป (เช่นไฟฟ้าสถิต ไฟฟ้าจากปรากฏการณ์เพียโซการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก ) ไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์ (เช่นกระแสไฟฟ้าจากแบตเตอรี่เซลล์แสงอาทิตย์ ) และไฟฟ้าจากสัตว์ (เช่นไฟฟ้าชีวภาพ )

ในปี พ.ศ. 2381 ฟาราเดย์ได้ตั้งคำถามว่าไฟฟ้าเป็นของไหลหรือเป็นคุณสมบัติของสสารเช่นเดียวกับแรงโน้มถ่วงหรือไม่ เขาตรวจสอบว่าสสารสามารถมีประจุชนิดหนึ่งโดยอิสระจากประจุชนิดอื่นได้หรือไม่^{[ 45 ]}เขาได้ข้อสรุปว่าประจุไฟฟ้าเป็นความสัมพันธ์ระหว่างวัตถุสองชิ้นขึ้นไป เพราะเขาไม่สามารถมีประจุในวัตถุชิ้นหนึ่งได้หากไม่มีประจุตรงข้ามในวัตถุอีกชิ้นหนึ่ง^{[ 46 ]}

ในปี พ.ศ. 2381 ฟาราเดย์ยังได้เสนอคำอธิบายเชิงทฤษฎีเกี่ยวกับแรงไฟฟ้า พร้อมทั้งแสดงความเป็นกลางว่าแรงไฟฟ้ามีต้นกำเนิดมาจากของเหลวหนึ่ง สอง หรือไม่มีเลย^{[ 47 ]}เขาเน้นย้ำถึงแนวคิดที่ว่าสถานะปกติของอนุภาคคือไม่มีขั้ว และเมื่อมีขั้ว อนุภาคจะพยายามกลับคืนสู่สถานะปกติที่ไม่มีขั้ว

ในการพัฒนาแนวทางทฤษฎีสนามสำหรับอิเล็กโทรไดนามิกส์ (เริ่มต้นในช่วงกลางทศวรรษ 1850) เจมส์ คลาร์ก แม็กซ์เวลล์เลิกพิจารณาประจุไฟฟ้าว่าเป็นสารพิเศษที่สะสมอยู่ในวัตถุ และเริ่มเข้าใจประจุไฟฟ้าว่าเป็นผลสืบเนื่องมาจากการเปลี่ยนแปลงพลังงานในสนาม^{[ 48 ]}ความเข้าใจก่อนควอนตัมนี้ถือว่าขนาดของประจุไฟฟ้าเป็นปริมาณต่อเนื่อง แม้ในระดับจุลภาค^{[ 48 ]}

ไฟฟ้าสถิตหมายถึงประจุไฟฟ้าของวัตถุและการปล่อยประจุไฟฟ้า สถิตที่เกิดขึ้น เมื่อนำวัตถุสองชิ้นที่ไม่สมดุลมาอยู่ใกล้กัน การปล่อยประจุไฟฟ้าสถิตจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงประจุของวัตถุทั้งสองชิ้น

เมื่อนำชิ้นส่วนของกระจกและชิ้นส่วนของเรซิน ซึ่งทั้งสองอย่างไม่มีคุณสมบัติทางไฟฟ้า มาถูเข้าด้วยกันและปล่อยให้พื้นผิวที่ถูแล้วสัมผัสกัน ทั้งสองก็ยังคงไม่มีคุณสมบัติทางไฟฟ้า แต่เมื่อแยกออกจากกันแล้ว ทั้งสองจะดึงดูดซึ่งกันและกัน

เมื่อนำกระจกชิ้นที่สองมาถูด้วยเรซินชิ้นที่สอง แล้วแยกออกจากกันและนำไปแขวนไว้ใกล้กับกระจกและเรซินชิ้นแรก จะทำให้เกิดปรากฏการณ์เหล่านี้:

• กระจกทั้งสองชิ้นผลักกัน
• เศษแก้วแต่ละชิ้นจะดึงดูดเศษเรซินแต่ละชิ้นเข้าด้วยกัน
• เรซินทั้งสองชิ้นผลักกันเอง

แรงดึงดูดและแรงผลักนี้เป็นปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าและวัตถุที่แสดงปรากฏการณ์นี้เรียกว่ามีไฟฟ้าหรือมีประจุไฟฟ้าวัตถุอาจมีไฟฟ้าได้หลายวิธี นอกเหนือจากการเลื่อน คุณสมบัติทางไฟฟ้าของกระจกสองชิ้นนั้นคล้ายคลึงกัน แต่ตรงกันข้ามกับคุณสมบัติของเรซินสองชิ้น กล่าวคือ กระจกดึงดูดสิ่งที่เรซินผลัก และผลักสิ่งที่เรซินดึงดูด

หากวัตถุใดๆ ที่มีประจุไฟฟ้าไม่ว่าจะด้วยวิธีใดก็ตาม มีพฤติกรรมเหมือนแก้ว กล่าวคือ ถ้ามันผลักแก้วและดึงดูดเรซิน วัตถุนั้นจะถูกเรียกว่า มีประจุไฟฟ้า แบบแก้วและถ้ามันดึงดูดแก้วและผลักเรซิน วัตถุนั้นจะถูกเรียกว่ามี ประจุไฟฟ้า แบบเรซินวัตถุที่มีประจุไฟฟ้าทั้งหมดจะมีประจุไฟฟ้าแบบแก้วหรือแบบเรซินอย่างใดอย่างหนึ่ง

ธรรมเนียมปฏิบัติที่ได้รับการยอมรับในวงการวิทยาศาสตร์กำหนดให้การเกิดประจุไฟฟ้าของแก้วเป็นบวก และการเกิดประจุไฟฟ้าของเรซินเป็นลบ คุณสมบัติที่ตรงกันข้ามกันอย่างสิ้นเชิงของการเกิดประจุไฟฟ้าทั้งสองชนิดทำให้เราระบุด้วยเครื่องหมายที่ตรงกันข้าม แต่การใช้เครื่องหมายบวกกับชนิดหนึ่งมากกว่าอีกชนิดหนึ่งต้องถือว่าเป็นเรื่องของธรรมเนียมปฏิบัติโดยพลการ เช่นเดียวกับที่เป็นเรื่องของธรรมเนียมปฏิบัติในแผนภาพทางคณิตศาสตร์ที่จะคำนวณระยะทางบวกไปทางด้านขวา^{[ 49 ]}

กระแสไฟฟ้าคือการไหลของประจุไฟฟ้าผ่านวัตถุตัวนำประจุ ที่พบได้บ่อยที่สุด คือโปรตอน ที่มีประจุบวก และอิเล็กตรอน ที่มีประจุลบ การเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุเหล่านี้ก่อให้เกิดกระแสไฟฟ้า ในหลายสถานการณ์ การพูดถึงกระแสไฟฟ้าแบบดั้งเดิม ก็เพียงพอแล้ว โดยไม่ต้องคำนึงถึงว่ากระแสไฟฟ้านั้นเกิดจากประจุบวกที่เคลื่อนที่ไปในทิศทางของกระแสไฟฟ้าแบบดั้งเดิมหรือประจุลบที่เคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้าม มุมมองแบบมหภาคนี้เป็นการประมาณการที่ทำให้แนวคิดและการคำนวณทางแม่เหล็กไฟฟ้าง่ายขึ้น

ในทางตรงกันข้าม หากพิจารณาสถานการณ์ในระดับจุลภาค จะเห็นว่ามีหลายวิธีในการนำกระแสไฟฟ้ารวมถึง: การไหลของอิเล็กตรอน; การไหลของอิเล็กตรอนโฮลซึ่งทำหน้าที่เหมือนอนุภาคบวก; และทั้งอนุภาคลบและบวก ( ไอออนหรืออนุภาคที่มีประจุอื่นๆ) ที่ไหลในทิศทางตรงกันข้ามในสารละลายอิเล็กโทรไล ต์ หรือพลาสมา

ทิศทางของกระแสไฟฟ้าตามปกติในสายโลหะส่วนใหญ่จะตรงข้ามกับความเร็วลอยตัวของตัวนำประจุจริง กล่าวคือ อิเล็กตรอน

ประจุไฟฟ้ารวมของระบบที่แยกตัวจะคงที่โดยไม่คำนึงถึงการเปลี่ยนแปลงภายในระบบเอง^{[ 50 ] : 4} กฎนี้เป็นกฎที่มีอยู่ในกระบวนการทั้งหมดที่รู้จักในฟิสิกส์และสามารถอนุมานได้ในรูปแบบท้องถิ่นจากความไม่แปรผันของเกจของฟังก์ชันคลื่นการอนุรักษ์ประจุส่งผลให้เกิดสมการความต่อเนื่อง ของประจุ-กระแส โดยทั่วไป อัตราการเปลี่ยนแปลงของความหนาแน่นประจุρภายในปริมาตรการรวมVจะเท่ากับปริพันธ์พื้นที่เหนือความหนาแน่นกระแสJผ่านพื้นผิวปิดS = ∂ Vซึ่งเท่ากับกระแส สุทธิ I :

${\displaystyle -{\frac {d}{dt}}\int _{V}\rho \,\mathrm {d} V=}$${\displaystyle \scriptstyle \partial V}$${\displaystyle \mathbf {J} \cdot \mathrm {d} \mathbf {S} =\int J\mathrm {d} S\cos \theta =I.}$

ดังนั้น การอนุรักษ์ประจุไฟฟ้า ดังที่แสดงโดยสมการความต่อเนื่อง จึงให้ผลลัพธ์ดังนี้:

${\displaystyle I=-{\frac {\mathrm {d} q}{\mathrm {d} t}}.}$

ประจุที่ถ่ายโอนระหว่างช่วงเวลาต่างๆจะได้มาจากการอินทิเกรตทั้งสองข้าง: ${\displaystyle t_{\mathrm {i} }}$${\displaystyle t_{\mathrm {f} }}$

${\displaystyle q=\int _{t_{\mathrm {i} }}^{t_{\mathrm {f} }}I\,\mathrm {d} t}$

โดยที่Iคือกระแสไฟฟ้าสุทธิที่ไหลออกผ่านพื้นผิวปิด และqคือประจุไฟฟ้าที่บรรจุอยู่ภายในปริมาตรที่กำหนดโดยพื้นผิวนั้น

นอกเหนือจากคุณสมบัติที่อธิบายไว้ในบทความเกี่ยวกับแม่เหล็กไฟฟ้าแล้ว ประจุไฟฟ้ายังเป็นค่าคงที่เชิงสัมพัทธภาพ ซึ่งหมายความว่าอนุภาคใดๆ ที่มีประจุไฟฟ้าqจะมีประจุไฟฟ้าเท่ากันไม่ว่ามันจะเคลื่อนที่เร็วแค่ไหน คุณสมบัตินี้ได้รับการตรวจสอบทางทดลองแล้ว โดยแสดงให้เห็นว่าประจุไฟฟ้าของนิวเคลียสฮีเลียม หนึ่งตัว ( โปรตอน สองตัว และนิวตรอน สองตัว ที่รวมกันอยู่ในนิวเคลียสและเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูง) มีค่าเท่ากับประจุไฟฟ้าของ นิวเคลียส ดิวเทอเรียม สองตัว (โปรตอนหนึ่งตัวและนิวตรอนหนึ่งตัวที่รวมกัน แต่เคลื่อนที่ช้ากว่ามากเมื่อเทียบกับตอนที่อยู่ในนิวเคลียสฮีเลียม) ^{[ 51 ] [ 52 ]}

• หน่วยแม่เหล็กไฟฟ้า SI
• ประจุสี
• ค่าธรรมเนียมบางส่วน
• โพซิตรอนหรือแอนติอิเล็กตรอนเป็นอนุภาคปฏิสสารหรือคู่ตรงข้ามของอิเล็กตรอน

• สื่อที่เกี่ยวข้องกับประจุไฟฟ้าในวิกิมีเดียคอมมอนส์
• ประจุไฟฟ้าจะเสื่อมลงเร็วแค่ไหน?