电学（electricity）又称电磁学 ，是物理学的分支学科之一，也是物理学中颇具重要意义的基础学科，研究内容主要是以“电”的形成及其应用为主 。“电”一词在西方是从希腊文“ 琥珀 ”转意而来的，在中国则是从雷闪现象中引出来的。 电学的基本内容包括静电学、静磁学、 电磁场 、电路、电磁效应和电磁测量。
关于电的记载最早可追溯到公元前6世纪，古希腊的 利奥六世 泰勒斯 发现了用木块摩擦过的 琥珀 能够吸引碎草等轻小物体，中国的历史上也有了关于电的相关记载。 17世纪时 英国 物理学家 威廉·吉尔伯特 发现磁性的不同，在实验过程中制作了第一只验电器。 18世纪时 美国 的科学家 本杰明·富兰克林 做了多次实验，借用数学上的正、负来代表电荷的性质，首次给出了正电和负电的名称。 法国 科学家库仑设计了著名的的扭秤实验，直接测定了两个静止点电荷的相互作用力与它们之间的距离二次方成反比，与它们的电量乘积成正比，称之为 库仑定律 。 19世纪时英国科学家 迈克尔·法拉第 经过多次重复实验后，提出了具有划时代意义的 电磁感应定律 ，并发明了世界上第一台直流电动机，使电学有了飞速发展。 詹姆斯·麦克斯韦 在总结前人工作的基础上，引入位移电流的概念，建立了一组 微分方程 —— 麦克斯韦方程组 ，它是电磁学的基本方程。 20世纪时随着原子物理学、原子核物理学和粒子物理学的不断发展，经典电磁理论发展为量子电磁理论。
电学是一门范围很广泛的知识领域，它不仅是许多工程技术的基础，而且在理论方面也同样的重要，它推动人们去对物质世界作更深入更本质的认识。 电灯、电话、 发电机 、电动机、 计算机 、人造卫星以及任何现代化的兵器都离不开电学基本原理的应用。可见，电学促进了生产力的发展，对人类社会是一门必不可少的科学。
基本概念
电荷
当物体之间有电相互作用时，我们说这些物体处于带电状态，称其为带电体，或者说物体有了电荷。 通过对带电体间相互作用规律的研究，人们发现电荷有两种——正电荷和负电荷，以及他们之间存在着这样的规律：同种电荷的相互排斥，异种电荷的相互吸引。通过实验，可以根据物体间电相互作用强弱可以确定物体带电多少。表示物体带电多少的 物理量 称为电荷量，简称电量，通常用q来表示。 国际单位制 中，电量的单位为库仑，用C表示。
电压
电荷在电场力的作用下形成电流，电压是衡量电场力移动电荷做功能力的物理量，通常用字母“U”表示，国际单位为V（伏）。 电路中，规定两点之间由高 电势 指向低电位，即电位降的方向为电压的实际方向。电压的方向一般用正负极性表示，“+”表示高电位端，“-”表示低电位端，也可以用双 下标 表示，例如a、b之间的电压 ，表示的参考方向是由a指向b，即 。
电阻
电阻 是指导体对电流阻碍作用的大小，一般用字母“R”表示，国际单位是欧姆（ ），计量高电阻时，常以千欧（ ）或兆欧（ ）为单位。 导体 的电阻越大，表示导体对电流的阻碍作用越大，反之亦然。不同的导体，电阻一般不同，电阻是导体本身的一种性质，它的大小一般与导体的材料、长度、横截面积有关。
电流
电流是指正电荷在 电场 的作用下的定向移动形成的，从微观上看，电流实际上是带电粒子的定向运动，通常把形成的带电粒子称为载流子。 电流的大小称为 电流 （简称电流，符号为I），是指单位时间内通过 导线 某一截面的电荷量，电流的国际单位为 安培 （A），其他的单位还有千安（kA），毫安（mA），微安（μA），1安培=1000毫安=1000000微安。电流是 标量 ，历史上把正电荷从高 电势 向低电势的方向规定为电流的方向，因而电流的方向与自由电子移动的方向相反。
电路
电路是由电子元器件或电子设备通过导线按照一定规则互连而成的电流通路，通常以网状形式呈现。 电路的状态有三种：接通的电路叫通路；断开的电路叫断路；直接用导线把电源的两极（或用电器的两端）连接起来的电路叫 短路 。 电路有两种连接方法：一种是将几个 电阻 按顺序依次连在一起，组成无分支的电路，叫做串联；另一种是把两个或两个以上的元件接在电路中的两点之间，使每一个元件两端都承受同一电压的连接方式叫并联。
欧姆定律
德国 物理学家 乔治·欧姆 在1826年提出了“ 欧姆定律 ” ，欧姆定律的内容是：在同一电路中，通过某段 导体 的电流与这段导体两端的电压成正比，与这段导体的 电阻 成反比。它的定义式为 （式中的I、U和R都是同一段电路的 物理量 ），通过这个公式我们也可以得到它的两个变形公式“U=IR”和 。
磁场
法国 物理学家 安德烈·安培 通过实验表明： 磁铁 周围存在磁场，电流周围也有磁场，它们之间的相互作用是通过磁场进行的。它和 电场 一样也是客观存在的特殊物质，它对外界的重要表现是：磁场对进入其中的运动电荷产生 洛伦兹力 作用，对通电 导体 产生安培力作用；磁场会对在其中运动的通电导体做功，表明磁场具有能量。
电磁场理论
詹姆斯·麦克斯韦 对库仑、 安培 、 迈克尔·法拉第 等电磁学说的所有成果进行了较为系统的总结，并据此提出了 涡旋 电场与 位移电流 的假说，他指出：不但变化的 磁场 可以产生涡旋电场（有旋电场），而且变化的电场也可以产生磁场。在 相对论 产生之前，麦克斯韦就揭示了 电场 和磁场的内在联系，把电场和磁场统一为 电磁场 ，归纳出了电磁场的基本 方程 —— 麦克斯韦方程组 ，从而构建了一套完整的电磁场理论体系。
简史
古代
关于电的记载最早可追溯到公元前6世纪。早在公元前585年， 古希腊 的 利奥六世 泰勒斯 就曾记载用木块摩擦过的 琥珀 能够吸引碎草等轻小物体，而后来又有人发现摩擦过的 煤精 也具有吸引轻小物体的能力。但在随后的两千多年里，人们把这种现象看作是一种物质的特性，就像 磁铁 对铁块的吸引，此外没有什么其他重大的发现。
在中国的历史上，早在西汉末年已有“ 玳瑁 （ 玳瑁 ）吸（细小物体之意）”的记载；在 晋朝 时期，还有进一步关于 摩擦起电 引起放电现象的记载“今人梳头，解著衣时，有随梳 解结 有光者，亦有咤声”。
17世纪
早在1600年， 英国 的物理学家 威廉·吉尔伯特 就发现，除了 琥珀 和煤玉，还有许多其他的的物质，在经过摩擦之后也具有吸引轻小物体的性质，但他注意到，这些物质经摩擦后并不像 磁石 那样具备指向南北的性质。 于是他采用希腊字母“琥珀”来表示它和磁性的区别，并将其命名为“电的”。吉伯在实验期间制作了第一只 验电器 ，那是一根中心固定可以旋转的金属细棒，可以随着摩擦过的琥珀移动而旋转，并指向琥珀。
大约在1660年， 马格德堡 的盖利克发明了第一台摩擦起电机，其工作原理是用 硫 做成一个如 地球仪 一样可旋转的球体，然后用干燥的 手掌 摩擦转动球体，使之获得电。盖利克的摩擦起电机经过不断改进，在 静电 实验研究中起着重要的作用，一直到19世纪霍耳茨和推普勒分别发明感应起电机后才被取代。
18世纪
1734年， 法国 的杜法伊发现摩擦玻璃棒或摩擦胶木棒时，棒上所带电的性质不同，并发现“同性相斥、异性相吸”的现象。
1745年，荷兰莱顿的穆申布鲁克发明了能保存电的 莱顿瓶 。莱顿瓶的发明，为电学的深入研究创造了条件，也为电学的普及起到了重要作用。与此同时， 美国 的 本杰明·富兰克林 在这一时期做了许多有意义的工作，使人类对于电学的知识得到了进一步的发展。 1747年富兰克林借用数学上的正、负来代表电荷的性质，首次给出了正电和负电的名称。他认为等量异号的电荷相遇，将通过放电使正负电相抵消而中和。
1780年， 意大利 的科学家伽伐尼将莱顿罐的电流穿过 青蛙 的腿，看到了肌肉的 肌肉痉挛 收缩。他认为这种电现象可以通过 肌肉收缩 获得，这一点是正确的，但是他未能提供证，他将这此效果归为他所称的“生物电”。
1785年， 法国 科学家库仑设计了著名的的扭秤实验，直接测定了两个静止点电荷的相互作用力与它们之间的距离二次方成反比，与它们的电量乘积成正比。 库仑的实验带有直观性和定量性质，成果发表之后就广泛流传并为科学界所接受，称之为 库仑定律 。之后，法国数学家泊松和 德国 约翰·卡尔·弗里德里希·高斯 根据库仑定律推导出 泊松方程 和高斯定律。至此， 静电学 的基础已经形成。
19世纪
1800年 意大利 物理学家 伏特 发表了《关于不同导电物质接触时产生电的问题》的论文，阐述了两种金属一接触就产生电这一现象，并发明了在 硫酸 中放入铜与锌电极的伏特电池，使电学的研究发生了一次变革，电压的单位“伏特”就是以他的名字命名的。 1807年，戴维利用庞大的电池组先后 电解 得到钾、钠、钙、镁等金属；1810年，戴维把2000个伏特电池连在一起，进行了弧光放电实验。 从19世纪50年代起它成为灯塔、剧院等场所使用的强烈光电源，直到70年代才逐渐被 托马斯·爱迪生 发明的 白炽灯 所代替。此外伏打电池也促进了电镀的发展，电镀是1839年由 维尔纳·冯·西门子 等人发明的。
1820年，丹麦哥本哈根大学教授 汉斯·奥斯特 发现了电流的磁效应。首次建立 起电 和磁之间的关系，诞生了电磁学。1820—1827年， 法国 物理学家 安德烈·安培 通过一系列实验发现了安培定则（描述磁针转动方向和电流 方向关系 的 右手定则 ），发现了电流的相互作用规律（电流方向相同的两条平行载流导线互相吸引，电流方向相反的两条平行载流导线互相排斥），以及发明了电流计，提出了分子号流假说，总结了电流元之间的作用规律——安培定律（两个电流元之间的相互作用与两个电流元的大小、间距以及相对取向之间的关系）。
1831年， 英国 科学家 迈克尔·法拉第 经过多次重复实验后，提出了具有划时代意义的 电磁感应定律 （一个线圈中产生的感应电流，其大小与单位时间中线圈所割切的磁力线多少成正比，与线圈的 电阻 成反比），并发明了世界上第一台直流电动机。 法拉第的电磁感应定律，在电流生磁之后发现磁生电，使电磁之间的关系接近完备，有重大的理论意义，使电磁学有了飞速的发展。 此外，法拉第把电现象和其他现象联系起来广泛进行研究，在1833年成功地证明了 摩擦起电 和伏打电池产生的电相同，1834年发现 电解 定律，1845年发现磁光效应，并解释了物质的顺磁性和抗磁性，他还详细研究了极化现象和静 电感 应现象，并首次用实验证实了 电荷守恒定律 。
1865年， 詹姆斯·麦克斯韦 在总结前人工作的基础上，引入位移电流的概念，建立了一组 微分方程 —— 麦克斯韦方程组 。它确定了电荷、电流（运动的电荷）、 电场 、 磁场 之间的普遍联系，是电磁学的基本 方程 。
1887年， 德国 科学家 赫兹 进行了著名的电磁波实验。实验不仅证明了电磁波的存在，并且表明电磁波与光有同样的反射、折射、散射等性质。他的发现具有划时代意义，它不仅证实了麦克斯韦发现的真理，更重要的是开创了 无线电 电子技术的新纪元。为了纪念他的功绩，人们用他的名字来命名各种波动频率的单位。
后续发展
20世纪，随着原子物理学、原子核物理学和粒子物理学的不断发展，人类的认识深入到微观领域，在电磁场和带电粒子之间的相互作用问题上，经典电磁理论遇到困难。尽管经典理论已经给出了很多有益的结论，但很多现象却无法用经典理论来解释的。经典理论理论存在两个缺陷：一是没有考虑到带电粒子的波动特性，二是没有考虑到电磁波的粒子性。
从量子物理学的角度来看，不管是物质粒子还是电磁场，它们都具有粒子性和波动性。在微观物理研究的推动下，经典电磁理论发展为量子电磁理论。
研究对象
电学的研究基本内容主要包括 静电学 、 静磁学 、 电磁场 、电路、电磁效应和电磁测量。
静电学
静电学是研究静止电荷产生 电场 及电场对电荷作用规律的学科。电荷分为两种，一种是正电荷，一种是负电荷，同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。由电荷守恒定律可知，电荷可以在物质之间传递，但是在物理过程中，电荷的总量却是恒定不变的。带电实际上是正、负电之间的分离和转换；而电荷的消失，实际上就是正负电荷的中和。
静止电荷之间相互作用力遵循 库仑定律 ：在真空中两个静止点电荷之间作用力的大小与其电荷量之积成正比，与它们两点之间距离的平方成反比。这种相互作用力是由电荷产生的 电场 相互作用而产生的。物质根据导电性能的不同可以划分为导体和绝缘体，在导体中，存在可以移动的自由电荷，而绝缘体又称为电介质，其体内只有束缚电荷。
静磁学
静磁学是研究电流稳恒时产生 磁场 以及磁场对电流作用力的学科。电流是电荷定向流动形成的。电流之间通过磁场相互作用，磁场传递电流在空间中产生磁场，并对电流施加作用力，产生磁感应强度。
电磁场
电磁场 是研究随时间变化下的电磁现象和规律的学科。当穿过闭导体 线圈 的 磁通量 发生变化时，线圈上产生感应电流，并根据 楞次定律 确定其方向。闭合线圈中的感应电流是感应电动势推动的结果，感应电动势遵从 迈克尔·法拉第 定律：闭合线圈上的感应电动势的大小总是与穿过线圈的磁通量的时间变化率成正比。
詹姆斯·麦克斯韦 在总结库仑、 高斯 、欧姆、 安德烈·安培 、毕奥、萨伐尔、法拉第等前人的研究成果的基础上，结合他自己提出的 涡旋 电场 和 位移电流 的概念，构建了一套完备的电磁理论体系，提出了 麦克斯韦方程组 ，深入、全面地揭示了电场和磁场之间的内在相互依存的关系，阐释了 电磁场 是一个统一的不可分割的整体， 将其与物质的介质方程、洛仑兹力公式以及 电荷守恒定律 有机地联系在一起，可以从原则上解决各种宏观电动力学问题。
在此基础上麦克斯韦根据麦克斯韦方程从理论上得出 电磁波 存在的 预言 和光是电磁波的论断。1888年 赫兹 用实验证明了电磁波在空间的传播，在此之后电磁波在 无线电通讯 中得到广泛的应用，成为当代文明生活的重要组成部分。 詹姆斯·麦克斯韦 关于光是电磁波的论断把电学、磁学和光学统一了起来，这一发展成为19世纪科学史重要的成就。
电路
电路由 电子 元器件或 电子设备 通过导线按照一定规则互连而成，通常以网状形式呈现 根据工作电流或电压的不同，电路可分为直流电路和交流电路：以直流电压或电流工作的电路叫直流电路，以交流电压或电流工作的电路叫交流电路。
根据稳恒时 电场 的性质、导电基本规律以及 电动势 的概念，可以推导出欧姆定律和基尔霍夫电路定律等与直流电路有关的应用规律。此外，还存在等效电源定理、叠加定理、倒易定理以及对偶定理等，能够有效解决复杂电路问题的简便定理，这些实用定律与定理共同构成了电路计算的理论基础。
而交流电路要比直流电路更加复杂，由于电流的随时间的变化导致了空间电场、 磁场 的改变，所以会产生 电磁感应 、 位移电流 ，也会产生 电磁波 。
电磁效应
物质中的电磁效应是连接电学与其他物理学科（甚至非物理的学科）之间的纽带。物质中的电效应种类繁多，有许多已成为或正逐渐发展为专门的研究领域。比如：电致伸缩、 压电效应 、逆压电效应、塞贝克效应、珀耳帖效应、 威廉·汤姆森 效应、热敏 电阻 、 光敏电阻 和光生伏打效应等等。
这些电学效应的研究，不仅可以帮助我们理解物质的结构，更可以帮助我们更好地理解物质中发生的基本过程，同时，也可以作为能量转化与无电化学测量的基础。
电磁测量
电磁测量是电学的组成部分。测量技术的发展和学科理论的发展是密不可分的，理论的发展推动了测量技术的改进；测量技术的改善在新的基础上 证明论 ，并促成新理论的发现。
电磁测量包括所有电磁学量的测量，以及有关的其他量（交流电的频率、相角等）的测量。各类专用仪表（如安培计， 伏特 计，欧姆计， 磁强 计等）及测量电路，都是利用电磁学原理进行设计制造的，它们可以满足各种电磁学量的测量。
而非电量（长度、速度、形变、力、温度、光强、成分等）的电学测量是电磁测量的另一个重要方面。其主要原理是利用电磁量与非电量相互联系的某种效应，将非电量的测量转换为电磁量的测量。电学测量因其准确度高、量程宽、惯量小、操作简单、可远程遥测和测量技术自动化等优势而得到了不断地发展。
相关物理量
对其他学科的意义
电学作为 经典物理学 的一个分支，在基本原理上已发展得相当完善，它可以用来解释宏观范围内的各种电磁现象。
一方面，物质的结构是物质分子、 原子 层次的基本组成形式； 电磁场 是物质世界的重要组成部分，电磁作用是物质的 基本相互作用 之一；而电学过程又是自然界的基本过程。所以，电学在物理的各个方面都得到了广泛的应用，是对物质过程的研究不可或缺的依据，此外，这也是研究 化学 和生物学等某些基元过程的重要依据。
另一方面，电与其他运动形式之间的相互转换具有方便，传递迅速、准确，便于控制等优势，因而在能源的合理开发、输送和使用方面起着重要作用，使得人类能够更广泛、更有效、更方便地利用各种可利用的能源。电技术在实现机电控制和自动化、信息的传递与处理以及利用各种电效应实现非电量的电测方面也有着重要意义。
应用
电灯（电弧灯、白炽灯、 日光灯）
人类近十万年以来，用篝火、火把驱走日落后的黑暗，直到约六千年前才出现灯光照明。历史上记载最早用动、植物油点灯的是公元前四千年左右在 埃及 王室墓穴里。大约在公元前五百年，人们有用 石蜡 照明，随后有用鲸油烛、 蜡烛 。到十八世纪初期开始用 煤气灯 和 煤油灯 。
科学家们为了研究电力发光的尝试，曾经历了七、八十年的时间。1807年7月， 英国 戴维在皇家社用两千个电池组作为电源，利用两根不相接触的碳极产生电弧，创制成碳极电弧灯，开始把 电能 应用于照明，直到1879年 托马斯·爱迪生 发明 白炽灯 后，才被淘汰。 日光灯于1939年诞生，是一种低压 汞灯 ，光色接近日光，光效达601m／W，寿命长达7000h左右。
电信（电报、电话）
美国 莫尔斯（S.F.B.Morse，1791一1872）是 有线电报 的发明者。他于1837年研制成功世界上第一台传递 电码 的电磁式实用电报机——莫尔斯电报机，并且曾在 纽约 公开表演。美国的贝尔根据 赫尔曼·冯·亥姆霍兹 的 声学 研究进行了实验，于1876年发明了 有线电话 ，在 费城 一百周年纪念展览会上公开实验。
无线电广播和收音机
1920年11月，美国威斯汀豪斯电气公司首次在 匹兹堡 建立广播电台KDKA，这是世界上第一座 无线电广播 电台。不到数年，欧、美各国广播电台如雨后春笋地建立起来。
在 无线电 收音机方面， 美国 物理学家 范信达 （R．A．Fes—senden）作出了重要的贡献，他设计了一种系统来对 无线电波 进行“调制”，使高频交流发射器能携带 声波 信号。通过不断实验，终于在1906年圣诞节前夜，无线电收音机里首次传出了音乐和说话的声音。1918年，他又发明超外差式回路，为现代化无线电远距离收听的发展打下了基础。
电影和电视
电影的发明，起源于美国医生罗吉特（P.M.Roget），他在1824年最先观察到视觉的暂留现象。成功创制成世界上第一部影片的是 托马斯·爱迪生 ，他使用长条形胶卷，拍摄下一连串影像，于1894年放映。
电视在出现前的技术发展过程约有半个世纪。1873年， 英国 约瑟夫梅发现光线照射到含 （Se）的物体上有异常现象。1897年，布朗展示了第一只 阴极射线管 ，后来 俄罗斯 罗森将它利用到“电气视象”中去。英国贝尔德（J．L．Baild）于1926年制成了第一台简易电视机，曾在伦敦皇家学院表演过，同年6月，这架电视机安放在一家人商店首次公演，轰动了全世界。
电子计算机
电子计算机是电的应用于人类文明的最新成果。它的出现虽然很晚，但技术更新神速，不到四十年已发展为第五代。
1946年2月15日，世界上第一台电子计算机ENIAC在 美国 宾夕法尼亚大学 宣告诞生，ENIAC中文译做“ 电子数字积分式计算机 ”。研制小组由埃克特、莫克利、戈尔斯坦和博克斯组成，总工程师埃克特当时只有24岁。这台计算机研制的初衷是将其用于 第二次世界大战 中，但直到二战结束一年后才完成。
五十年代中期第二代电子计算机问世，其基本电路采用 晶体管 ，以1953年发明的 磁芯 为主存储器，并出现了 程序设计 语言。六十年代初，大型晶体管 计算机 问世，运算速度提高到每秒数十万次，1964年运算速度每秒二、三百万次电子计算机宣告制成。
六十年代中期，出现采用 集成电路 （把晶体管、 二极管 、电阻、 电容 、电感等分立的元件做在一块 硅片 上）的第三代电子 计算机 ，它的体积，重量、功率消耗明显减小，大大提高了可靠性，格价也大幅度下降。
到了七十年代，集成电路的 集成度 ，提高到大规模、 超大规模集成电路 的水平，出现了第四代电子计算机。这一代计算机的逻辑、存储元件集成度达到1000—10000个，计算机体积缩小了30万倍，重量仅500克， 电功率 只需两节电池。
八十年代初期，为了争夺世界范围内信息技术的制高点，各国展开了研制第五代 计算机 的激烈竞争。第五代计算机的研制推动了专家系统、知识工程、语言合成与语音识别、自然语言理解、自动推理和智能机器人等方面的研究，逐渐出现了 生物计算机 、 光子计算机 、超导计算机、 量子计算机 等。