자연계에 존재하는 양(+) · 음(-)의 부호를 가진 두 종류의 전하(電荷)가 나타내는 여러 가지 성질. 전하를 전기라고 일컫는 경우도 있다.

미시적으로는 전하란 물질을 구성하는 미립자가 띠는 성질이다.

원자핵은 양전하를, 전자는 음전하를 띤다.

전자가 띠고 있는 전하는

으로, e는 전기소량(電氣素量)이라는 매우 중요한 자연계의 기본상수이다.

원자핵이 띠고 있는 전하는 +Ae이고, A는 원자번호이다.

고립된 원자는 전기적으로 중성이지만, 물질내에서 원자 또는 원자단(原子團 ; 基)은 이온인 경우가 많고, 이온은 양 또는 음의 전하를 띤다.

정지해 있는 전하가 나타내는 성질이 정전기(靜電氣)라 불리는 현상이다.

현재 실용면에서 활용되는 많은 전기현상은 전하의 동적(動的) 성질이다.

〔정전기〕 두 물체를 마찰하면 한쪽은 양, 다른쪽은 음으로 대전(帶電)한다.

이들 전하는 발생한 위치에 정지해 있다.

정지된 전하 사이에는 쿨롱의 법칙에 따라 주어지는 힘(쿨롱의 힘)이 작용한다.

쿨롱의 힘은 같은 부호의 전하 사이에는 척력(斥力)이고, 다른 부호의 전하 사이에서는 인력(引力)이다.

이 힘에 직결되어 전하가 존재하는 공간에는 전기장(電氣場 ; 벡터) · 전위(電位 ; 스칼라)가 존재한다.

이것들은 바로 중력장(重力場)에서의 중력 · 포텐셜 에너지에 각기 대응한다.

정전기는 전자사진(電子寫眞) · 전기집진(集塵) · 정전도장(靜電塗裝) · 정전선별 등의 기술에 응용된다.

〔도체와 절연체〕 물질 속을 전하가 이동할 수 있을 때 그 물질은 도체(導體)이고, 이동할 수 없을 때는 절연체(絶緣體)이다.

도체 내의 두 점 사이에 전위차(전압)가 존재하면 전하는 거시적 거리를 이동해 전류를 만든다.

전압을 V라 하면 전류 I는

와 같이 V에 비례한다(옴의 법칙).

R는 두 점간의 전기저항이며, V, I, R의 단위는 보통 볼트, 암페어, 옴이다.

R는 V가 시간에 관계없이 일정하거나(직류), 사인함수적으로 변하거나(교류) 불변이다.

절연체에서 전류는 직류전압에 대해서는 흐르지 않지만, 교류전압에 대해서는 흐른다.

이것은 절연체가 전하를 축적하는 능력을 갖고 있고, 그 축적되는 전하의 양이 교류전압에 의해 사인함수적으로 변하기 때문이다.

이와 같이 절연체는 전기회로에서 절연과 축전의 목적에 쓰인다.

축전하는 소자(素子)는 축전기인데, 그 재료로 주로 쓰이는 절연체는 유전체(誘電體)라 부른다.

〔전류의 이용〕 저항 R에 전류 I가 흐름으로써 발생하는 단위시간당의 열W는

으로 주어진다.

이것이 줄열(熱)이며, W의 단위는 보통 와트이다.

줄열의 이용은 가정용 전열기로부터 대형공업용 전기로(電氣爐)까지 범위가 매우 넓다.

줄열은 직류이든 교류이든 관계없지만, 유전체 · 자성체(磁性體)에서는 전류가 교류일 때만 존재하는 발열이 있는데, 이것을 이용하는 것이 유전가열 · 유도가열이다.

전류에 의한 발열은 조명에도 중요하다(백열전구).

전하의 흐름은 이 전하를 띠는 미립자의 흐름이므로, 전류에 따라 여러 가지 화학변화가 일어날 수 있다.

이것을 연구하는 것이 전기화학 분야로, 전기 · 전기 분해 · 전해(電解)가공 등 중요한 기술이 포함된다.

도체와 절연체의 중간에 위치하는 반도체에서는 전류 I와 전압 V 사이의 현저한 비선형성(非線形性) 등 많은 특이성이 존재하고, 반도체를 사용한 트랜지스터의 능장에 이어 오늘날 급속히 발전하고 있는 컴퓨터 시대가 열렸다.

초전도체라 불리는 물질에서는, 어떤 임계점(臨界點) 이하의 온도에서 저항이 영(0)이 된다.

이 성질은 전력저장의 이용 등의 면에서 기대되고 있다.

〔방전〕 정전하(靜電荷)의 전위가 어떤 한계값 이상 높아지면 공간의 전기저항이 무한대일지라도 정전하는 갑자기 움직이기 시작한다.

이것이 방전(放電)인데, 벼락 등의 피해도 있으나, 네온관(管) · 형광램프 등의 조명기구, 아크로(爐) 등의 가열 · 가공 장치에 이용된다.

〔자기〕 [그림 1]에서, 전류 I가 흐르면 그 주위에 자기장 H가 발생한다.

그 현상은 비오-사바르의 법칙에 따른다.

자기장은 전기에서의 전기장에 해당하는 자기적(磁氣的)인 양이며, 전기는 자기를 수반한다.

〔로렌츠 힘〕 [그림 2]의 (a)에서, 자기장 H에 수직으로 전류 I가 흐를 때 자기장과 전류에 수직인 방향으로 힘 F가 작용한다.

이 관계를 플레밍의 왼손 법칙이라 하고, F는 로렌츠 힘이라고 한다.

이 법칙은 전기 에너지를 역학적 에너지로 바꾸는 기계, 즉 전동기(電動機) 동작의 기초를 이루는 것이다.

전동기는 전기면도기용부터 공장의 크레인용 · 전기기관차용의 것까지 여러 가지가 있다.

〔전자기유도〕 [그림 2]의 (b)에서, 자기장 H에 수직 (그림의 I방향)으로 놓여 있는 도선(導線)이 이 두 방향에 수직인 방향으로 힘 F를 받아 F방향으로 이동할 때, 도선에 I방향으로 전류가 발생한다.

이 관계를 플레밍의 오른손 법칙이라 하고, 이 전류를 유도전류라 한다.

이 유도전류는 도선을 이동시키지 않고 자기장의 세기를 변화시켜도 발생한다.

이런 현상들을 전자기유도(電磁氣誘導)라 한다.

역학적 에너지를 전기 에너지로 바꾸는 기계(발전기)는 이것을 이용한 것이다.

또한 저항 R, 전기용량 C와 함께 전기회로의 3요소의 하나를 이루는 인덕턴스 L로써, 전자기유도에 의해 회로의 전류 I의 변화 속도에 비례하는 전압 V가 회로에 발생한다.

[그림 3]은 R, C, L이 직렬로 연결된 회로를 나타낸다.

〔전자기파(電磁氣波)〕 전자기 현상은 주파수가 MHz정도 이상이 되면 파동적(波動的)이 된다.

이것이 전자기파라는 것이며, 현재 텔레비전 · 라디오 · 무선통신의 주역을 이룬다.

보통의 빛도 파장 10^-7~10^-6m인 전자기파이다.

〔정전기학〕 1672년 O. 게리케는 기계적으로 회전시킨 유황구(硫黃球)에 손바닥을 대고 마찰전기를 일으키는 장치를 만들었다.

1709년에는 더욱 대전(帶電)하기 쉬운 유리구를 사용한 기전기(起電機)가 영국의 호크스비에 의해 만들어졌다.

게리케에 의해 전기적 척력이 알려졌고, 전기가 빛과 소리 · 열을 발생하고 전도성을 갖는 사실 등이 인식되었다.

45년 독일의 E. G. 클라이스트와 네덜란드의 P. 뮈센브루크에 의해 전기를 저장하는 장치(축전기)가 만들어졌다(라이덴병).

C. A. 쿨롱은 전기적인 힘을 강선(鋼線)의 비틀림에 의한 진동이라는 역학적 에너지로 전환함으로써 정밀측정을 했다.

정전기가 선기한 현상으로 여겨지던 시대에 쿨롱의 실험이 행해짐으로써 기전기 · 축전기 · 검전기 · 절연재료 등의 장치 및 그에 수반하는 지식이 집적되었다.

〔동전기학〕 L. A. 갈바니는 전기 쇼크에 의한 근육의 수축운동을 연구하던 중 2가지 상이한 금속이 개구리의 신경에 닿으면 전기 쇼크와 같은 수축이 나타나는 것을 발견하고, 1791년에 동물전기를 제창했는데, 그는 두 금속이 도선으로 작용한다고 생각했다.

이것을 비판하고, 이종(異種) 금속의 접촉으로 전류가 생긴다고 주장, 동전기학의 제1보를 내디딘 사람이 A. 볼타이다.

그는 1796년에 금속의 전압렬(電壓列)을 발표하고 1800년에는 식염수를 흡수시킨 천을 끼운 구리판(銅版)과 아연판을 쌓은 볼타 전기더미(電堆), 붉은 황산에 아연판과 구리판을 넣은 전지를 개발했다.

이러한 장치에 의한 전류는 그 계기가 된 갈바니의 연구에 연유해 갈바니 전기로 명명되었다.

영국의 칼라일과 W. 니콜슨은 물의 전기분해를 연구하고, H. 데이비는 여러 물질의 분해에 이것을 응용, 나트륨 · 칼륨의 단리(單離)에 성공했다.

데이비가 수백 개의 금속판으로부터 조립한 전지의 전류는 알칼리를 녹일 만큼 큰 열을 내고, 회로의 중단 부분에서는 눈부신 빛을 내는 등 전류의 빛이나 열의 작용도 알려졌다.

〔전자기학〕 1820년 H. C. 외르스테드는 전기가 흐르는 철사 가까이에 놓은 자침이 흔들리는 것을 발견 했고, 같은 해에 T. J. 제벡은 횟가루를 써서 도선 둘레의 자기력선을 나타냈으며, A. M. 앙페르는 자침이 흔들리는 방향이 오른나사의 법칙에 따름을 발표 했다.

자침에 미치는 전류의 힘은 J. B. 비오와 F. 사바르에 의해 정식화되었다.

앙페르는 도선이 자유로이 움직이는 장치를 조립하고, 평행하게 도선을 놓았을 때 전류의 방향이 같으면 인력이, 반대방향이면 척력이 그 사이에 작용함을 발견했다.

그는 전류가 흐르는 코일과 자석의 동등성을 보이고, 평행도선 사이에 작용하는 힘에 대한 앙페르의 법칙을 정식화했다.

쿨롱 · 앙페르의 법칙은 모두 역제곱의 법칙으로서 뉴튼 역학과의 일치를 보이며, 이로부터 전자기현상을 원격작용(遠隔作用)으로 다루는 전기 역학의 기초가 확립되었다.

21년에는 제벡이 열전기를 발견했다.

전류가 자기(磁氣)를 낳는 것이 알려지자, 자기에서 전류를 낳게 하려는 노력이 31년 M. 패러데이의 전자기 유도의 발견에 의해 성공을 거두었다.

그는 자석의 운동이 전류를 발생시키는 것을 실험적으로 확인했다.

패러데이는 갈바니 전기 · 마찰전기 · 동물전기 · 공중전기(벼락) 등이 모두 동일한 것인가를 생리학적 작용, 자침의 흔들림, 꽃불의 발생, 전기화학적 작용의 실험으로 확인하고,「전기란 어떤 근원으로부터 생긴 것이든 그 본성은 동일하다」는 결론에 이르렀다.

33년에는 전기화학당량(當量)을 측정하고, 전기분해의 기구(機構)의 연구로부터 전기의 작용은 물질을 통해 전해진다고 생각하고, 자기력선 · 전기력선을 도입해 전자기현상을 이른바 근접작용론의 입장에서 설명하는 기초를 닦았다.

1827년에 갈바니 회로의 세기를 연구하고 있던 G. S. 옴은《갈바니 전류의 수학적 연구》에서, 저항 · 기전력 · 전류를 구별하고 상호관계를 분명히 한 옴의 법칙을 정식화했다.

옴의 업적은 40년 이후 영국을 선두로 전신망의 건설이 진전됨에 따라 그 중요성이 인식되었다.

이것을 더욱 복잡한 회로에 적용할 수 있게 확장한 것은 G. R. 키르히호프로 49년의 일이다.

코일과 전자석의 제작, 전지의 개량이 잇따랐고, 모터와 발전기의 원형이 등장했으며, 무선 통신이나 전기조명 · 전기도금 등 전기기술의 발달에 따라 전기공학 분야가 형성되었다.

이런 상황 속에서 J. C. 맥스웰은 전자기에 관한 상호작용을 일관된 이론체계로 정리했다.

73년《전자기학》에서 맥스웰은 방정식을 제시하고, 그 이론적 귀결로서 전기장 · 자기장은 짝을 지어 공간을 전파하며, 빛은 이러한 전자기파의 일종이라고 예언했다.

전자기파의 존재는 88년 H. R. 헤르츠에 의해 실험적으로 확인되어 맥스웰의 이론이 실증되었다.

앙페르에서 시작된 전기역학은 베버 등에게 계승되어 H. A. 로렌츠의 전자론을 낳기에 이르렀다.

이것들은 20세기 초두의 상대론이나 양자론 등장의 기초가 됨과 동시에 고전(古典)전자기학으로서 그 적용범위가 명확해졌다.