Elektřina je definována jako souhrn projevů elektrostatického pole (z nichž mezi prvními byly silové účinky vyvolané třením izolantůPříruční slovník naučný. Svazek I. Praha: Nakladatelství Československé akademie věd, 1962. Heslo Elektřina, s. 657: „Elektřina [z řec. élektron], název pro souhrn jevů a stavů zvaných elektrické. Elektr. stav byl nejprve pozorován podle silových účinků, které lze vyvolat třením látek,… (např. jantar, řec. élektron). … Tělesa nabitá stejnými druhy e. (stejnojmenné, souhlasné náboje) se odpuzují, tělesa nabitá různými druhy e. (nestejnojmenné, nesouhlasné náboje) se přitahují. Původní teorie e. byla fluidová (viz fluidum). Současná teorie e. je elektronová. (…)“ a následná polarizace látek)Technický naučný slovník. Svazek I. Praha : Státní nakladatelství technické literatury, 1962. Heslo Elektřina, s. 544: „Elektřina, pomyslné množství vyjadřující míru zelektrování látek. Čím více je látka zelektrována, tím více e. „obsahuje“. …“ a elektrodynamických jevů včetně elektromagnetismu. Jako elektřina se označuje také energetická komodita (fyzikální podstatou se jedná zpravidla o elektrickou energii). V tomto smyslu se pak hovoří o výrobě, distribuci a spotřebě elektřiny, o obchodu s elektřinou apod. Technický obor zabývající se elektřinou se nazývá elektrotechnika. Jevy spojené s elektřinou i magnetismem se nazývají elektromagnetismus.
Ve spisovné i obecné češtině slovo elektřina označuje specifické jevy vyvolané působením elektrického náboje a elektromagnetického pole – např. elektrický proud, elektrické napětí, elektrickou energii atp.Slovník spisovné češtiny pro školu a veřejnost, Academia Praha 1994, heslo elektřina
Etymologie Elektřina má název od jantaru (řecky élektron), na němž byly pozorovány silové účinky statické elektřiny.Jiří Rejzek: Český etymologický slovník, LEDA 2001 Josef Jungmann zaznamenal starší českou podobu slova – električina,Josef Jungmann: Slovník česko-německý I.–V., Praha 1834–1839 lidově se elektřina označuje též slovem elektrika. Dříve se občas užívalo slovo mluno. Obrozenci navrhovali i název síla blesková.
Elektrický náboj
Základní elektrickou vlastností těles je elektrický náboj. Těleso s elektrickým nábojem se nazývá elektricky nabité a je schopno působit elektrickou silou na jiné elektricky nabité těleso. V prostoru kolem nabitého tělesa se nachází elektrické pole, které popisujeme jeho intenzitou. Velikost elektrické síly vyjadřuje Coulombův zákon, v jiném tvaru pak Gaussův zákon elektrostatiky.
Tělesa lze zelektrovat různými způsoby – elektrostatickou indukcí, ionizací, chemickou disociací, třením, působením světla, tepla, aj. Ve všech případech jde uvnitř tělesa o oddělení některých elementárních částic s různým nábojem. Záporně nabité těleso má přebytek elektronů, kladně nabité těleso má nedostatek elektronů (má více protonů).
Elektrický náboj lze uchovat v kondenzátoru, příp. jiné součástce s elektrickou kapacitou.
Elektrický proud
Pohybu elektricky nabitého tělesa nebo částice se říká elektrický proud. Nejčastěji je elektrický proud tvořen usměrněným pohybem elektronů nebo jiných elektricky nabitých částic vodičem. Ty se kromě svého tepelného pohybu posouvají ve směru působení elektrické síly.
Pole vytváří na koncích vodiče elektrické napětí jako rozdíl elektrických potenciálů. Elektrický proud se rozdíl snaží vyrovnat tokem náboje. Vztah mezi odporem, napětím a proudem je vyjádřen Ohmovým zákonem.
Elektrická vodivost
Schopnost materiálu přenášet elektrický proud se nazývá konduktivita (měrná elektrická vodivost). Důležitou podmínkou vedení elektrického proudu látkou je přítomnost volných elektricky nabitých částic, typicky valenčních elektronů.
Podle charakteru látky a její schopnosti vést proud lze látky různě dělit.
Elektrický proud v pevných látkách vodiče, polovodiče – proud možný za určitých podmínek, nebo izolanty.
Elektrický proud v kapalinách Elektrický proud v kapalinách je možný v různých případech: vodivé kapaliny nebo možný za určitých podmínek, například elektrolyticky, po disociaci při rozpuštění jiné látky.
Elektrický proud v plynech Elektrický proud v plynech se za běžných podmínek nevyskytuje, ale je možné jej vyvolat ionizací: vysokou teplotou, silným elektrickým polem, nízkým tlakem.
Supravodivost Látky se také mohou stát supravodivými, například za velmi nízkých teplot blížících se absolutní nule.
Stejnosměrný a střídavý proud Proud v elektrickém obvodu může být stejnosměrný nebo střídavý. Střídavý proud vzniká ze zdroje střídavého napětí a mění svůj směr a velikost. Při pravidelných změnách se maximální hodnota proudu (amplituda) střídá v každém směru s určitou frekvencí. V obvodech střídavého proudu může docházet k fázovým posuvům mezi proudem a napětím v závislosti na použitých prvcích. Výkon střídavého proudu se odvozuje z efektivní hodnoty střídavého proudu.
Elektrická energie, práce, výkon Elektrická energie je jedna z forem energie, kterou lze charakterizovat jako schopnost elektromagnetického pole konat elektrickou práci. Čím větší energii má elektromagnetické pole, tím více elektrické práce může vykonat.
Elektrická práce vykonaná za jednotku času je elektrický výkon. Elektrická energie včetně ztrát dodávaná do obvodu za jednotku času se nazývá elektrický příkon. Každý vodič klade průchodu elektrického proudu odpor: Elektrické síly posouvající částice konají práci. To má za následek ztrátu elektrické energie a její přeměnu na teplo: vodiče se zahřívají. Jouleovo teplo, vzniklé průchodem elektrického proudu vodičem, se v elektrotechnice uvažuje jeho elektrické ztráty.
Elektrická energie je součástí energie elektromagnetického pole, ze které ji lze formálně vydělit jen ve speciálních případech (elektrostatické pole). Zpravidla je však (zjevně či skrytě) nedílně svázána s energií druhého projevu elektromagnetického pole – energií magnetického pole.
Schopnost přenášet elektrickou energii (přesněji: energii elektromagnetického pole) vyplývá z Maxwellových rovnic elektromagnetického pole, které toto pole přesně popisují. Vlastním přenašečem elektrické energie je vždy elektromagnetické pole jako takové (nikoliv elektrické napětí a nikoliv elektrický proud, které jsou jen vnějšími projevy tohoto pole). Energie elektromagnetického pole je také podstatou zářivé energie světla i elektromagnetického záření jiných částí spektra.
Spotřebovaná elektrická energie (úbytek elektrické energie) se rovná elektrické práci vykonané elektromagnetickým polem:
.
Spotřebovaná elektrická energie ve spotřebiči, jímž protéká stálý elektrický proud po čas , a na jehož svorkách je stálé elektrické napětí , se vypočte:
nebo
, kde je stálý elektrický příkon spotřebiče.
Souvislost elektřiny a magnetismu
Kolem vodiče, kterým prochází elektrický proud (obecně kolem jakékoli pohybující se elektricky nabité částice) se vždy vytváří magnetické pole. Opačně, jestliže se mění magnetické pole, pak se ve vodiči vždy indukuje elektrický proud (obecně vzniká elektrická síla působící na elektricky nabité částice). Každá změna v elektrickém poli indukuje změnu v poli magnetickém a naopak, každá změna v magnetickém poli pak indukuje změny v poli elektrickém. Tyto jevy ukazují na neoddělitelnou spojitost mezi elektřinou a magnetismem. Jednotná teorie elektromagnetismu resp. elektromagnetického pole je dána Maxwellovou teorií elektromagnetického pole. Podle této celistvé teorie, která je základem veškeré praktické elektrotechniky, elektrickou energii vždy přenáší pouze a výhradně elektromagnetické pole a to v celém prostoru (teoreticky nekonečně velkém) okolo elektrického vodiče.
Ve speciální teorii relativity, která na základě Maxwellovy teorie vznikla, lze ukázat, že magnetické pole kolem pohybujících se nabitých částic je důsledkem Lorentzovy transformace.Bedřich Sedlák, Ivan Štoll: Elektřina a magnetismus, kapitola 2 - Silové působení mezi pohybujícími se náboji S použitím relativistické kvantové teorie lze takto vysvětlit i magnetismus permanentních magnetů, který je vytvářen spinem částic.Lubomír Skála: Úvod do kvantové mechaniky, kapitola 17 - Základy relativistické kvantové mechaniky
Elektrický obvod
Elektrický proud v praxi prochází vždy nějakým elektrickým obvodem. Jeho nejdůležitějšími částmi jsou zdroj elektromotorického napětí, elektrický spotřebič a elektrické vodiče, které jednotlivé části propojují. V elektrickém obvodu bez spotřebiče dochází ke zkratu, kdy enormně narůstá hodnota elektrického proudu ve vodiči což způsobuje i prudkou změnu intenzity doprovodného magnetického pole. Proti zkratu bývají elektrické obvody chráněny specializovanými elektrickými přístroji (kupř. pojistkami, bleskojistkami, nadproudovými ochranami či motorovými jističi).
Základní jednoduchý elektrický obvod může být: sériový – součástky jsou spolu propojeny jeden za druhým na jediném vodiči, nebo paralelní – vodiče se rozvětvují v uzlech, každá součástka má vlastní větev.
Vztahy mezi napětím a proudem v jednotlivých částech obvodu popisují Kirchhoffovy zákony. Zákonitostmi průchodu elektrického proudu elektrickými obvody se zabývá obecná teorie elektrických obvodů, která je jen praktickou aplikací jednotné teorie elektromagnetického pole.
Zvláštním druhem elektrických obvodů jsou elektronické obvody.
Elektrotechnické součástky Nejpoužívanějšími součástkami v elektrických obvodech jsou kromě zdroje a vodičů také spínač, rezistor, termistor, reostat, potenciometr, kondenzátor, cívka, anténa, elektromagnetické relé, elektronka, dioda , fotodioda, tranzistor, fototranzistor, integrovaný obvod a další polovodičové součástky.
Elektrické spotřebiče Mezi nejběžnější elektrické spotřebiče patří tepelné elektrické spotřebiče (žárovka, infrazářič, elektrická trouba), zářivka, elektromotor a různé elektronické spotřebiče (rádiový přijímač, televizní přijímač, různé druhy přehrávačů a rekordérů, telefon, počítač, atd.). V současné době se dbá na úspory energií a proto jsou využívány především úsporné spotřebiče.
Stručná historie elektřiny náhled|historická fotografie André-Marie Ampèra Mezi obory fyziky patří elektřina k těm mladším. Významným renesančním badatelem byl William Gilbert, který zároveň elektrické jevy pojmenoval tak, jak je dnes známe. Rozvoj však nastal po objevu prvního použitelného zdroje stálého elektrického proudu – Voltova článku – v roce 1800.
Během krátké doby v první polovině 19. století byla prozkoumána většina elektrických vlastností látek za normálních podmínek, byly objeveny zákony platící v elektrických obvodech a nalezena souvislost elektřiny s magnetismem. Nejvýznamnější jména té doby jsou Alessandro Volta, André-Marie Ampère, Georg Simon Ohm, Hans Christian Oersted, Michael Faraday.
Průkopnické období bylo v roce 1865 završeno Dynamickou teorií elektromagnetického pole, ve které James Clerk Maxwell pouhými čtyřmi rovnicemi (a třemi materiálovými) vyjádřil vše podstatné z dosavadních objevů a zároveň jako důsledek svých rovnic předpověděl další, dosud neznámé elektromagnetické jevy.
Období druhé poloviny 19. století bylo ve znamení technických aplikací elektřiny, vynálezů různých elektrických spotřebičů (generátor, oblouková lampa, žárovka, elektromotor, telefon) a jejich zavádění do výroby a domácností. K slavným fyzikům a vynálezcům té doby lze řadit jména jako Heinrich Hertz, William Thomson (lord Kelvin), Thomas Alva Edison, Werner von Siemens, Nikola Tesla, Alexander Graham Bell, z Čechů František Křižík.