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 ]}

After discovering the quantized character of charge, in 1891, George Stoney proposed the unit 'electron' for this fundamental unit of electrical charge. J. J. Thomson subsequently discovered the particle that we now call the electron in 1897. The unit is today referred to as elementary charge, fundamental unit of charge, or simply denoted e, with the charge of an electron being −e. The charge of an isolated system should be a multiple of the elementary charge e, even if at large scales charge seems to behave as a continuous quantity. In some contexts it is meaningful to speak of fractions of an elementary charge; for example, in the fractional quantum Hall effect.

The unit faraday is sometimes used in electrochemistry. One faraday is the magnitude of the charge of one mole of elementary charges,^[9] i.e. 9.648533212...×10⁴ 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?