L’électricité est l'effet du déplacement de particules chargées, à l’intérieur d'un « conducteur », sous l'effet d'une différence de potentiel aux extrémités de ce conducteur. Ce phénomène physique est présent dans de nombreux contextes : l'électricité constitue aussi bien l'influx nerveux des êtres vivants que les éclairs d'un orage. Elle est largement utilisée dans les sociétés développées pour transporter de grandes quantités d'énergie facilement utilisable.

Les propriétés de l'électricité ont été découvertes au cours du XVIII siècle. La maîtrise du courant électrique a permis l'avènement de la seconde révolution industrielle. Aujourd'hui, l'énergie électrique est omniprésente dans les pays industrialisés : à partir de différentes sources d'énergie, principalement hydraulique, thermique et nucléaire, l'électricité est un vecteur énergétique employé à de très nombreux usages domestiques ou industriels.

Ligne électrique près d'une voie ferrée en Pologne.

La foudre fut la première manifestation visible de l'électricité pour les humains dans la nature.

Câbles électriques à haute tension à proximité d'un transformateur électrique de distribution.

Étymologie

« Électricité » est un mot provenant du grec ἤλεκτρον, êlektron, signifiant ambre jaune. Les Grecs anciens avaient découvert qu’en frottant l’ambre jaune, ce matériau produit une attirance sur d’autres objets légers et parfois des étincelles.

Historique

Bien que les phénomènes électriques et les autres interactions de l'électricité avec la matière soient observables depuis le début de la formation de la terre et même de l'univers, leur étude, et surtout leur compréhension, par les hommes sont relativement récentes.

Les effets de l'électricité statique et du magnétisme sont décrits pour la première fois en 600 av JC, par Thales de Milet. On doit l'emploi moderne du terme « Électricité » à l'Anglais William Gilbert, (de Colchester), qui distingue corps électriques et magnétiques dans son De Magnete (1600). Il note les lois de répulsion et d'attraction des aimants par leur pôle, assimile la Terre à l'un d'eux, puis, établit une liste des corps électrisables par frottement, après avoir découvert l'influence de la chaleur sur le magnétisme du fer. Les premiers générateurs de charges électriques sont des machines à frottement.

XVIIetXVIII siècles

En 1663, Otto von Guericke, de Magdebourg, construit une forme primitive de machine électrique : un globe de soufre en rotation frotté à la main.

Au XVIII siècle, débute une période d'observation et de création d'électricité statique. En 1733, du Fay découvre les charges positives et négatives et observe leurs interactions. Coulomb en énonce les premières lois physiques. En 1750, via des expériences sur la foudre, Benjamin Franklin identifie l'électricité naturelle, canalisée par le paratonnerre. En 1799, Alessandro Volta crée la pile électrique.

XIX siècle

En avril 1820, lors d'un cours sur l'électricité qu'il faisait à ses étudiants, le professeur Ørsted découvre une relation entre l'électricité et le magnétisme dans une expérience, qui nous apparaît aujourd'hui comme très simple : un fil parcouru par courant électrique est capable de faire dévier l'aiguille aimantée d'une boussole.

En 1820, André-Marie Ampère, en approfondissant les travaux d’Ørsterd, découvre et formule quelques lois sur les relations du magnétisme et de l'électrodynamique.

En 1831, Michael Faraday découvre que, si le courant produit un champ magnétique, l'inverse est vrai : on peut faire du courant électrique en mettant en mouvement un champ magnétique.

En 1868, la dynamo du Belge Zénobe Gramme, met en applications certaines de ces découvertes.

En 1879, l'ampoule électrique à incandescence de Thomas Edison, apporte une autre façon de fabriquer de la lumière. La même année, la première centrale hydroélectrique (7 kW) à Saint-Moritz (Suisse) voit le jour.

En 1883, Aristide Bergès développe le concept de houille blanche, avec la première ligne électrique, de Lucien Gaulard et John Dixon Gibbs.

Dès 1889, un fil de 14 km relie la cascade des Jarrauds et la ville de Bourganeuf, dans la Creuse.

En 1891, la première ligne sous haute tension est construite par l'entreprise Allemande Maschinenfabrik Oerlikon (de). Elle transportait l'énergie électrique sous 25 000 V à 40 Hz, sur 175 km entre Lauffen am Neckar et Frankfurt en Allemagne. Les pertes ont été seulement de 4 %, ce qui a mis fin à la controverse entre les défenseurs du système de transport en courant continu et ceux partisans du transport en courant alternatif, ces derniers sortirent grands gagnants.

En 1892, la ville Heilbronn (Allemagne) est la première ville en Europe équipée d'un système de distribution en électricité par un réseau de distribution en courant alternatif.

A la fin du XIX siècle, la production industrielle d'électricité devient possible et les premières applications techniques apparaissent comme le moteur électrique, l’éclairage électrique, le Télégraphe et le téléphone.

Dans les années 1900, les progrès technologiques de l'hydroélectricité suisse sont à l'origine d'intenses spéculations boursières sur les sociétés hydroélectriques, qui profitent aux implantations industrielles dans les Alpes. L'électricité investit l'industrie, l'éclairage public et le chemin de fer, avant d'entrer dans les foyers.

XX siècle

La forte expansion électrique des années 1920 permet un maillage du territoire dans les grands pays industriels. La France bénéficie alors d'une multiplication par huit de la production d'électricité hydraulique grâce aux premiers barrages. En 1925, Grenoble organise l'Exposition internationale de la houille blanche.

Dans les années 1990-2000 on parle d'électricité d'origine renouvelable, propre, sûre, verte, etc.

XXI siècle

En 2013, un communiqué de la Commission européenne, « La contribution de l'électricité d'origine renouvelable à l'objectif de durabilité consiste non seulement en réductions des émissions de gaz à effet de serre, mais aussi en réductions des émissions atmosphériques de substances polluantes et en une diminution des besoins en eau de refroidissement par rapport aux formes d'énergie conventionnelles. L'électricité d'origine renouvelable contribue en outre à l'objectif de diversification de l'approvisionnement et d'utilisation plus efficace des ressources »

Nature

C'est le mouvement des charges électriques de la matière qui est à l'origine de l'électricité. Comme la masse, la charge électrique permet d'expliquer l'origine de certains phénomènes. Si personne n'a jamais observé directement une charge électrique, les scientifiques remarquent des similitudes de comportement de certaines particules. Ils en déduisent que ces particules partagent des caractéristiques communes, dont les propriétés coïncident avec leurs observations.

Contrairement à la masse, deux types de charges électriques se comportent comme si elles étaient « opposées » l'une à l'autre : par convention, l'une est dite « positive » et l'autre « négative ». Un atome possède une charge positive lorsque le nombre de protons est supérieur au nombre d'électrons.

Forces générées par deux atomes chargés

Deux charges de nature opposée s'attirent	Deux charges de même nature (ici deux charges positives) se repoussent

Des charges, égales, de natures opposées s'annulent : une particule qui possède autant de charges positives que négatives se comporte comme si elle n'en possédait aucune. On dit qu'elle est «électriquement neutre».

Électricité statique

Dans la nature, les électrons sont des porteurs de charges négatives et les protons des porteurs de charges positives. Les atomes qui composent la matière ordinaire comprennent des électrons qui se déplacent autour d'un noyau composé de protons et de neutrons, ces derniers étant électriquement neutres. Lorsque le nombre d'électrons est égal au nombre de protons, l'ensemble est électriquement neutre. Il est question d'électricité statique lorsqu'il n'y a pas de circulation des charges électriques. Expérimentalement, cela est généralement obtenu en utilisant des matériaux dans lesquels les charges sont « piégées », des matériaux isolants comme le plastique, le verre, le papier… qui résistent à la circulation des charges.

Quand on frotte certains matériaux entre eux, les électrons superficiels des atomes de l'un sont arrachés et récupérés par les atomes de l'autre. Par exemple :

une tige de verre frottée sur un tissu de soie se charge positivement, car les atomes du verre perdent des électrons au bénéfice de la soie

un ballon de baudruche frotté sur des cheveux secs se charge négativement, car il capte des électrons des cheveux secs.

une règle en plastique frottée sur le tissu d'un vêtement se charge négativement, elle peut alors attirer des petits morceaux de papier. la règle modifie, par influence électrostatique, la répartition des charges dans le papier : les charges négatives de la règle repoussent les charges négatives à l'autre extrémité du morceau de papier et attirent les charges positives des atomes du papier.

Dans l'industrie, l’utilisation de sources de Am, émetteur alpha, sous forme de rubans placés en fin de machines de production (de papiers, plastiques, textiles synthétiques) à quelques millimètres du matériau permet en rendant l’air avoisinant conducteur, de supprimer l’accumulation d’électricité statique.

Courant électrique

Certains matériaux sont dits conducteurs de l’électricité (métaux, l'eau salée, le corps humain, le graphite, etc.), quand ils permettent aux charges électriques de se déplacer facilement.

Lorsqu'on marche sur une moquette, le frottement des pieds sur le sol arrache des électrons et le corps se charge d'électricité statique. Si l'on touche alors une poignée de porte métallique, on ressent une petite décharge électrostatique accompagnée d'une étincelle, causée par le déplacement brutal des charges électriques qui s'écoulent vers le sol à travers les matériaux conducteurs de la porte.

Cet écoulement, ou courant, est dû au fait qu'il existe à ce moment une différence de charges électrique entre le corps et le sol ; cette différence de charges est désignée par l'expression différence de potentiel ; la sensation ressentie provient du courant électrique généré par la différence de potentiel existante entre la poignée et le corps humain. On en déduit que :

la moquette est un générateur de tension électrique et un isolant ;

le corps humain et la poignée de porte sont des conducteurs d’électricité.

Pour créer un courant électrique, il faut donc, un circuit de matériaux conducteurs qui permettra aux charges électriques de se déplacer ; et un système capable de créer une différence de potentiel entre les deux extrémités du circuit. Ce système est appelé un générateur : ce peut être par exemple, une pile, une dynamo ou un alternateur.

Sens du courant

Dans un circuit électrique, on dit que le courant électrique, noté « I », circule entre les électrodes depuis le pôle positif vers le pôle négatif du générateur. Ce sens est purement conventionnel, puisque le courant peut aussi bien être causé par des charges positives (manque d’électron), qui seront attirées par le pôle négatif du générateur, que par des charges négatives (les électrons) qui se déplaceront en sens inverse, vers le pôle positif. Cependant on s’intéresse essentiellement au déplacement des électrons qui sont les seuls à pouvoir se déplacer (sauf dans des matériaux radioactifs en cours de désintégration.).

Dans certains cas, des charges positives et négatives se déplacent en même temps et ce double déplacement est responsable du courant électrique global. C'est le cas dans les solutions ioniques, où les cations et les anions se déplacent dans des sens opposés, et dans les semi-conducteurs comme une diode, où électrons et « trous » font de même. Les charges ne peuvent pas toutes se déplacer sous l'action du champ électrique et c'est ainsi que dans un fil électrique, les charges positives (les noyaux des atomes) restent fixes dans la structure du métal et ne peuvent constituer aucun courant électrique ; le courant électrique dans un métal est créé uniquement par le déplacement des charges négatives (les électrons libres) vers le pôle positif du générateur : c'est un courant électronique, cependant, on utilise dans tous les cas le sens conventionnel « I » du courant, institué avant la découverte de la charge négative de l'électron.

On parle de courant continu quand le sens reste constant et, de courant alternatif quand il change périodiquement. La fréquence d'un courant alternatif est le nombre de périodes par seconde. Elle s'exprime en hertz (Hz), par exemple, le courant distribué dans les installations électriques est à une fréquence : de 50 Hz en Europe et, de 60 Hz aux États-Unis.

Analogie hydraulique

Pour comprendre certaines propriétés du courant électrique, il est intéressant de le comparer à de l'eau s'écoulant dans un circuit de tuyaux. Le générateur peut alors être vu comme une pompe chargée de mettre sous pression le liquide dans les tuyaux. La différence de potentiel, ou tension, ressemble alors à la différence de pression entre deux points d'un circuit d'eau. Elle est notée « U », et est exprimée en volts (V).

L'intensité du courant électrique peut être assimilée au débit d'eau dans le tuyau. Elle rend compte du nombre de charges qui passent à chaque seconde dans un point du circuit ; elle est souvent notée « I », et mesurée en ampères (A). La résistance d'un circuit électrique serait alors l'analogue du diamètre des tuyaux. Plus les tuyaux sont petits, plus il faut de pression pour obtenir un même débit ; de façon analogue, plus la résistance d'un circuit est élevée, plus il faut une différence de potentiel élevée pour avoir une même intensité. La résistance électrique rend compte de la faculté d'un matériau à s'opposer plus ou moins au passage du courant. Elle est notée « R » et, elle est exprimée en ohms (Ω).

Il est possible de pousser cette analogie beaucoup plus loin mais elle a ses limites et certaines propriétés du courant électrique s'écartent sensiblement de ce modèle basé sur un fluide, des tuyaux, et des pompes.

Dans la nature

Les échanges électriques sont omniprésents dans la nature. En général, il s’agit de phénomènes peu visibles, mais ils sont fondamentaux : les forces électromagnétiques et électrofaibles font partie des quatre interactions fondamentales qui structurent tout l’Univers.

Foudre

La friction de nombreux matériaux naturels ou artificiels produit de la triboélectricité. La foudre est une énorme décharge électrique due à l'accumulation d'électricité statique dans les nuages. En temps normal l'air est un isolant, qui bloque le passage de l'électricité. Lorsque la charge électrique dans les nuages d'orage arrive à une valeur certaine, la différence de potentiel due aux très nombreuses charges accumulées, est telle qu'elle parvient à modifier localement la structure des gaz qui composent l'air, les transformant en un plasma ionisé, qui conduit lui parfaitement l'électricité. Des arcs électriques géants se forment alors, entre deux nuages ou, entre un nuage et la terre : les éclairs, permettant le rééquilibrage des charges électriques.

L'électrisation de l'air peut donner lieu à d'autres phénomènes, comme le feu de Saint-Elme.

Au cœur de la matière

La circulation des charges électriques intervient dans de nombreux phénomènes naturels, et notamment dans les réactions chimiques d’oxydo-réduction comme la combustion.

Le champ électromagnétique terrestre est lui aussi créé par des courants électriques circulant dans le noyau de notre planète.

Poissons électriques

Torpille du Pacifique

Les poissons électriques sont capables de tirer parti du courant électrique pour s'orienter, pour se protéger ou bien pour communiquer. Il existe des espèces capables de produire de véritables décharges électriques : 620 V pour l'anguille électrique ; cela lui permet d'assommer ses proies avant de les consommer. Ils produisent de telles décharges électriques grâce à leurs organes électriques, qui ont une structure interne semblable aux muscles du corps humain.

Influx nerveux

Tous les êtres vivants produisent de l'électricité pour animer les muscles ou pour transmettre de l’information par l'influx nerveux dans les nerfs. C'est ainsi que les médecins utilisent l'électrocardiographie et l'électro-encéphalographie pour diagnostiquer les pathologies du cœur ou du cerveau. La science qui étudie la production d'électricité chez les êtres vivants est l'électrophysiologie.

Production

a : charbon 39 %

b : hydroélectrique 17 %

c : nucléaire 17 %

d : gaz 17 %

e : pétrole 8 %

f : éolienne, géothermie… 2 %

L'électricité représente environ un tiers de l'énergie consommée dans le monde. L'électrotechnique est la science des applications domestiques et industrielles (production, transformation, transport, distribution et utilisation) de l'électricité.

La méthode la plus courante pour produire de grandes quantités d'électricité est d'utiliser un générateur, convertissant une énergie mécanique en une tension alternative. Cette énergie d'origine mécanique est la plupart du temps, obtenue à partir d'une source de chaleur, issue elle-même d'une énergie primaire, telle que les énergies fossiles comme le pétrole, nucléaires ou une énergie renouvelable, l'énergie solaire.

On peut également directement utiliser une énergie mécanique, comme l'énergie hydraulique ou l'énergie éolienne. Bien évidemment la source n'est pas forcément mécanique, elle peut être une réaction chimique les piles ou le rayonnement solaire les panneaux solaires.

Transport et distribution

Le courant qui circule sur réseau électrique est le plus souvent alternatif et triphasé, car c'est le plus économique à produire et à transporter. Bien que le consommateur final ait besoin de courant à basse tension, moins dangereux à utiliser, il est plus économique pour le transport du courant sur de longues distances, d'utiliser une très haute tension.

En effet, à puissance constante, si l'on augmente la tension, on réduit l'intensité du courant ( P = U × I × cos ⁡ ( ϕ ) {\displaystyle P=U\times I\times \cos(\phi )} en monophasé) et donc, les pertes par effet Joule ou pertes thermiques ( P t h = R × I 2 {\displaystyle P_{th}=R\times I^{2}} ), ainsi que l'effet de peau qui limite la circulation des forts courants à la surface extérieure des conducteurs : ceci obligerait d'utiliser des câbles de cuivre de plus grosse section mais dont le cœur serait moins bien refroidi. Pour réduire les pertes par effet Joule tout en limitant la section des câbles, on utilise des transformateurs élévateurs de tension, de manière à réduire l'intensité du courant pour le transport, et des transformateurs abaisseurs de tension pour la distribution (en basse tension) aux usagers.

En France, les principaux fournisseurs d'électricité sont EDF, Engie (ex. GDF Suez), Poweo Direct Énergie.

Conversion transformation

Les tensions électriques peuvent être transformées et converties. En règle générale, pour les grosses puissances, les tensions sont alternatives. Elles passent par des transformateurs pour convertir le courant en flux magnétique, lui-même reconverti en courant dans des bobines. Ce principe permet de changer le niveau de tension tout en conservant la fréquence et une isolation galvanique entre le réseau primaire et secondaire du transformateur.

Pour les puissances le permettant technologiquement, on utilise des convertisseurs à semi-conducteurs (transistors, thyristors) :

des redresseurs pour convertir une tension alternative en tension continue ;

des onduleurs pour convertir les tensions continues en alternatives ;

La combinaison des deux systèmes précédents, avec éventuellement l'aide d'un transformateur de tension permet d’effectuer des élévations ou des abaissements de tensions continues avec un bon rendement.

Stockage

Pour que l'électricité soit transportée et distribuée au moyen de conducteurs, il est nécessaire d'équilibrer à tout moment la production et la consommation. Les centrales thermiques au gaz, au pétrole ou au charbon, sont généralement, mises en service pour répondre à des pics de demande. On utilise aussi des stations de pompage-turbinage entre deux retenues d’eau : pendant les heures creuses, l'eau est pompée vers le bassin supérieur, et pendant les heures de pointe, l'eau passe dans une turbine qui produit un appoint d'électricité sur le réseau.

Il est aussi possible de stocker l'électricité à petite échelle au moyen de batteries d'accumulateurs, de condensateurs ou de bobines d'inductances.

Les batteries d'accumulateurs sont très répandues pour l'utilisation des équipements et systèmes autonomes fixes ou mobiles.

Les condensateurs sont utilisés depuis longtemps en électricité et électronique, mais sont apparus récemment des supercondensateurs permettant de disposer de plus de puissance instantanée qu'avec des batteries d'accumulateurs classiques de taille plus grande, mais pendant des temps très courts. Une utilisation possible peut trouver sa place dans la traction électrique automobile pour les phases transitoires d'accélération, d'autant plus que la recharge des condensateurs est presque instantanée.

Le stockage de l'énergie électrique dans des selfs ou bobines d'inductances n'offre d'intérêt qu'avec des matériaux supraconducteurs, ce qui n'est encore que du domaine expérimental en matière de stockage.

Métiers

L'électrotechnique est un ensemble de technologies qui peuvent être pratiquées par : un ingénieur, un électrotechnicien, un dessinateur-projeteur, etc.

le bobinier ou bobineur est un technicien qui réalise les circuits magnétiques comme ceux des moteurs ou des générateurs ;

le monteur-câbleur réalise les armoires de commande et il procède au raccordement ;

les électriciens câblent les réseaux basse tension et haute tension, dans le bâtiment, l'industrie, le tertiaire, la marine, l'aéronautique et les moyens de transport terrestre (automobile) ;

les techniciens de maintenance, entretiennent et dépannent les machines électriques ;

les automaticiens, électroniciens, électrotechniciens créent les automatismes et systèmes de régulation électrique pour commander les machines automatisées.

Ainsi qu'une multitude de métiers liés à l'industrie de l'électricité (pour les plus courants : chimiste, calorifugeur, thermicien, robinetier, chaudronnier, mécanicien, etc.).

Usages et consommation

Publicité de 1932 pour les usages domestiques de l'électricité.

Si l'électricité s'est largement diffusée dans le monde au cours du XX siècle, en 2015, on estimait qu'environ 1,3 milliard de personnes (sur un total de 7,3 milliards de terriens) n'avait pas d'accès à cette énergie . L'ONU a ainsi, intégré parmi les Objectifs de développement durable l'accès à l'énergie et l'extension des infrastructures existantes.

Classement par type d'usage

On distingue souvent deux types d'usages :

les usages dits « spécifiques » (parfois aussi dits « nobles ») : ce sont ceux que seule l'électricité peut assurer actuellement (téléphone, électronique, informatique, médias audiovisuels, éclairage nocturne, etc.). Après une tendance aux économies d'énergie (réfrigération plus économe, lampes basse consommation, etc.), les consommations par foyers et par appareil sont reparties à la hausse avec la climatisation électrique, le développement de l'informatique et des matériels audiovisuel et divers gadgets électriques. En particulier les écrans plasma, grands écrans LCD, home cinema ont multiplié par 5 à 10 la consommation électrique par appareil. Certains automates, les communications numériques (Internet, réseaux) consomment de plus en plus d'électricité. Si les ordinateurs portables consomment 5 à 6 voire 10 fois moins d'énergie qu'un ordinateur de bureau et son écran (jusqu'à 15 Watts pour le portable contre 150 pour un PC fixe), ils se sont multipliés, et souvent s'ajoutent simplement aux PC fixes au lieu de les remplacer.

les usages dits « substituables » : ce sont les usages thermiques (ou « à effet Joule ») ; qui pourraient être remplis par d'autres sources d'énergie (moteurs au fioul, gaz, hydrogène, climatisation/réfrigération, etc.) et chauffage par tous combustibles. Le chauffage thermique direct est bien plus économe que le chauffage électrique par résistance ; ce dernier nécessite 3,2 kWh en amont pour produire 1 kWh final, et il est finalement - en moyenne - plus émetteur de CO2 qu'un chauffage utilisant du gaz ou fioul, ce qui a motivé l'interdiction du chauffage électrique direct au Danemark, remplacé - avec aides gouvernementales - par des pompes à chaleur, ou d'autres alternatives (solaire, puits canadien, etc).

Classement par impacts énergétiques

Impact de l'industrie

Dans les pays riches, contrairement au passé, l'industrie n'est plus le premier consommateur d'électricité car elle en consomme moins d'un tiers. À titre d'exemple, en France, depuis la fin des années 1990, l'industrie consomme moins d'un tiers de l'électricité finale. Ce sont le résidentiel et le tertiaire (via le chauffage, l'électroménager, l'éclairage et l'informatique) qui consomment en 2009 environ 67 % de l'électricité. Par ailleurs, la France qui a justifié son programme nucléaire entre autres, par le souci de ne plus dépendre du pétrole détenait en 2009 le record de consommation par habitant d'électricité (un Français moyen consomme plus d'électricité qu'un Californien moyen ), mais aussi, paradoxalement de consommation de pétrole par habitant, avec un fort endettement et une précarité énergétique des plus pauvres.

Depuis les années 2000, lors des pics de consommation accompagnant les vagues de froid, RTE craint un effondrement d'une partie du réseau. Il diffuse, notamment en Bretagne ou Provence-Alpes-Côte d'Azur, des incitations à économiser l'électricité. Car, comme on ne sait pas massivement stocker l'électricité, c'est la « puissance appelée » qui devient le facteur dimensionnant du système de distribution électrique, c’est-à-dire, l'énergie consommée à un instant donné et non seulement la consommation cumulée sur la journée, la saison ou l'année. La répartition spatio-temporelle des usages électriques a un impact majeur sur le plan économique, mais aussi environnemental, car les ressources appelées en derniers recours lors des pics émettent le plus de CO2. Ainsi, le chauffage électrique « pèse » « 2,5 fois plus en puissance instantanée (36 % au moment du record de consommation sur le réseau français) qu’en consommation cumulée en moyenne sur l’année (14 %) ». Des communes cherchent à diminuer le gaspillage lié aux illuminations de Noël, de monuments ou éclairage urbain, mais les panneaux publicitaires motorisés ou éclairés sont restés en fonctionnement.

Le smart grid est censé aider les clients à moins consommer en période de pointe et permettre d'appeler l'électricité par le chemin le plus court, conduisant à moins de pertes lors du transport de l'électricité. Ceci serait encore plus vrai dans une perspective de troisième révolution industrielle, telle que définie par exemple, par Jeremy Rifkin, et dont le soutien de principe a été adopté par le Parlement européen en 2007, mais sans répondre au risque d'effet rebond.

Impact de l'électroménager

L'efficacité énergétique a été poussée par une directive de l'Union européenne sur l'efficacité minimum des appareils électriques, après une directive sur l'étiquetage en 1992, suivie en 1997 d'une directive limitant les consommations de réfrigérateurs, congélateurs et combinés, en veillant à ne pas dépasser l'optimum pour le consommateur en termes de récupération rapide de l'investissement initial par les économies d'énergie. En huit ans, l'efficacité énergétique des appareils frigorifiques a ainsi, été améliorée de 30 %, puis, rien n'a été fait durant treize ans sur l'électroménager en Europe, alors que des normes d'efficience énergétique se développaient aux États-Unis, depuis 1989. Malgré une notable amélioration de l'efficience énergétique de 1999 à 2004, la consommation finale continue à augmenter en Europe (UE-25) ; Un ménage moyen de l’UE-25 consommait 4 098 kWh en 2004, alors qu'il aurait pu n'en consommer que 800 kWh s'il était équipé d'appareils existants à basse consommation et en abandonnant les ampoules à incandescence (et encore moins avec les techniques les plus efficientes). Selon le Centre commun de recherche (CCR) de l’Union européenne, de 2005 à 2006, la consommation a augmenté dans l’UE-25 dans tous les secteurs ; dans le résidentiel, dans le tertiaire (+ 15,8 %) et dans industrie (+ 9,5 %), à un rythme calqué sur celui du PIB global (+ 10,8 %). Le rapport recommande d'encourager les chauffe-eau solaires et les économies d'énergie, par remplacement notamment des lampes à incandescence. En novembre 2006, la Commission européenne a engagé un plan d'action pour l'efficacité énergétique qui visant - 20 % la consommation d'électricité de l’UE-25 d'ici 2020. Les appareils consomment plutôt moins, mais ils sont plus utilisés (explosion de l'utilisation de l'ordinateur et du téléphone portable). Le temps passé devant la télévision a augmenté de 13 % entre 1995 et 2005.

Impact de l’éclairage dans le tertiaire

En Europe, dans le tertiaire, l'éclairage (de jour souvent) est devenu le premier poste de consommation électrique, 175 TWh consommés par an et 26 % de consommation électrique totale du secteur tertiaire. Par ailleurs, l'éclairage nocturne (principale cause, avec la publicité lumineuse, du phénomène dit de pollution lumineuse) est en hausse constante depuis 50 ans. Pour aider les consommateurs à optimiser leur consommation et dépenses par usage, des ONG ont créé un site internet Topten produisant une analyse énergétique indépendante des matériels les plus utilisés. Néanmoins, sans objectif de sobriété énergétique, un effet rebond (direct ou indirect et externe) peut faire que l'argent, ainsi économisé puisse être dépensé dans d'autres usages énergivores.

Un arrêté limite l’allumage des vitrines de commerces, des bureaux et des façades extérieures des magasins et bâtiments depuis le 1 juillet 2013. Cette mesure vise des économies de 2 TWh par an selon l'ADEME.

Réseau domestique

À part les appareils à piles ou les batteries d'automobile, la majorité de l'électricité utilisée dans la vie quotidienne provient du réseau électrique. Chaque habitation est reliée au réseau par l'intermédiaire d'un tableau qui contient au moins un compteur destiné à la facturation, ainsi qu'un disjoncteur servant d'interrupteur général et, permettant de protéger l'installation. De ce disjoncteur sortent deux conducteurs qui alimentent l'installation domestique : la phase et le neutre et parfois deux conducteurs de phase supplémentaires, dans les installations triphasées. On trouve un troisième conducteur pour la mise à la terre.

On trouve ensuite, un tableau de fusibles ou de disjoncteurs, distribuant le courant dans les différents circuits de la maison. On prévoit généralement, des circuits spécialisés pour les appareils qui ont besoin de beaucoup de puissance (four, cuisinière électrique, lave-linge, lave-vaisselle, chauffe-eau, etc.), normalement, par pièce un circuit pour l'éclairage et un pour les prises électriques.

On utilise des interrupteurs pour ouvrir ou fermer les circuits électriques. Il est possible d'utiliser des montages spéciaux comme un va-et-vient ou un télérupteur quand on souhaite créer plusieurs points de commande, par exemple, à chaque bout d'un couloir.

Applications industrielles

L'électrolyse sert à raffiner l'aluminium, à produire des gaz, à plaquer les métaux, etc.

Les arcs électriques servent à souder ou à découper des métaux ;

Les moteurs électriques animent les machines, les pompes, divers automatismes, directement ou via des circuits hydrauliques ;

L'alimentation de circuits électroniques, de relais, de contacteurs, d'électroaimants, etc permet des séquences automatisées.

Santé et sécurité

L'électrisation est le passage de courant électrique dans le corps humain. Même avec un courant relativement faible l'électricité est dangereuse pour la santé des êtres vivants.

Les normes de conception des matériels électriques, définissent qu'une tension de plus de 25 V alternatifs / 50 V continus présente un danger d’électrisation et qu'une tension supérieure à 50 V alternatifs / 120 V continus présente un danger mortel : l'électrocution.

Les conséquences d'une électrisation dépendent de la nature de la tension (alternative ou continue), de la résistance du corps humain généralement admis comme étant à 5 000 ohms en TBT (très basse tension), 1 000 ohms sous 220 V alternatif et 400 ohms sous 500 V (la résistance est dégressive en fonction de la tension d'exposition), de l'amplitude du courant ayant circulé et du temps de passage de ce courant. Il est couramment admis quelques seuils sur lesquels se basent les règles de sécurité :

Au-dessus de 20 mA, danger de fibrillation cardiaque si passage par le cœur. En TBT avec maximum 50 V en alternatif et 120 V en continu, le danger pour l'homme est faible (U/R = 50 V/2 000 Ohms = 25 mA.

Au-dessus de 1 000 V, il y a danger, même sans contact direct avec un conducteur, car il se produit une ionisation de l'air, les distances d'approche minimales sont évaluées en fonction du niveau de tension. D'où l'interdiction d'entrer dans les enceintes des transformateurs électriques. Malgré la distance conséquente séparant les conducteurs des lignes haute tension, le bruit que l'on peut entendre en dessous de ces lignes est consécutif à des micro-amorçages par claquage de l'air.

L'absence visuelle de brûlure après une électrisation n'exclut pas des brûlures internes sur le chemin de passage du courant dans le corps, lesquelles peuvent engendrer des nécroses. En plus des cas de chocs rénaux, dus à la décomposition du sang par le passage du courant, sont relevés après des électrisation sévères, ces événements ont lieu quelques dizaines de minutes après l'accident, il faut donc toujours aller à l'hôpital après un accident électrique conséquent.

Électricité médicale

Mais l'électricité sert aussi à soigner : elle peut être utilisée telle quelle, pour administrer des électrochocs ou stimuler des tissus nerveux ou musculaires, ou encore alimenter les appareils de pointe utilisés en médecine, permettant des techniques de soin telles que radiothérapie, électropuncture, stimulateur cardiaque, prothèse, et de diagnostic telles que radiographie, scanner, résonance magnétique, endoscopie.

Contexte réglementaire

En France Le décret n 88-1056 du 14 novembre 1988 traite de la protection des travailleurs dans le domaine des installations électriques. Aujourd'hui, plusieurs dispositions du code du travail, spécialement dans la partie réglementaire de la 4 partie, sont destinées à protéger les travailleurs dans les établissements qui mettent en œuvre des courants électriques. Elles s’appliquent également aux entreprises étrangères à l’établissement et auxquelles celui-ci confie soit des travaux sur ses propres installations électriques, soit des travaux de quelque nature que ce soit au voisinage d’installations électriques. À la suite du décret de 1988, sont nées les prescriptions NF C18-510 relatives à la sécurité des personnes approchant les circuits électriques. Les décrets 2010-1016, 2010-1017 et 2010-1018 font références actuellement.

En Belgique Les installations électriques réalisées à partir du 10 mars 1981, doivent satisfaire les conditions du règlement général sur les Installations électriques (RGIE). Les installations réalisées avant cette date sont réglementées par le règlement général pour la protection du travail (R.G.P.T.).

Normalisation

Il existe en France trois normalisations en électricité :

internationale : la Commission électrotechnique internationale (CEI) ;

européenne : le Comité européen de normalisation en électronique et en électrotechnique (CENELEC) ;

française : l’Union technique de l'électricité (UTE).

La normalisation en France est réglementée par la loi du 24 mai 1941, qui a créé l’Association française de normalisation (AFNOR) et définit la procédure d’homologation des normes. Le décret d'application de cette loi est le décret n 2009-697 du 16 juin 2009.

Par ailleurs, une norme homologuée peut être rendue d’application obligatoire par arrêté, mais cette procédure n’a été jusqu’à présent que peu utilisée en électricité, sauf en ce qui concerne la sécurité : (NF C18-510, NF C15-100 et NF C13-200).

Il existe deux grandes familles de normes qui visent d’une part, la construction du matériel électrique et d’autre part, la réalisation des installations électriques. Une loi du 30 décembre 2006 rend obligatoire un diagnostic immobilier pour le contrôle des installations domestiques existantes de plus de 15 ans, obligatoire depuis le 1 semestre 2008. Une nouvelle norme est sortie en août 2007 pour le contrôle de ces installations dans le cadre de ce diagnostic.

Les principales normes de réalisation sont :

La NF C 15-100 : installations électriques à basse tension ;

La NF C 13-100 : postes de livraison ;

La NF C 13-200 : installations électriques à haute tension ;

La NF C 14-100 : installations de branchement (basse tension).

Les principales normes de conception sont :

La NF C 20-010 : classification des degrés de protection procurés par les enveloppes ;

La NF C 20-030 : règles de sécurité relatives à la protection contre les décharge électrique ;

La NF C 71-008 : baladeuses et éclairage de chantier.

La norme expérimentale de contrôle des installations existantes :

La XP C 16-600 : état des installations électriques des immeubles à usage d'habitation - août 2007.

Dans l'art

En 1936-37, l'artiste Raoul Dufy réalise l'une des plus grandes fresques au monde (10 m x ** m) sur le thème de La Fée Électricité (située au musée d'art moderne de la ville de Paris)

自然界的闪电是电的一种现象。

电是静止或移动的电荷所产生的物理现象。在大自然里，电的机制给出了很多众所熟知的效应，例如闪电、摩擦起电、静电感应、电磁感应等等。

在关于「电」的论述里，时常会用到以下重要基本概念：

电荷：某些亚原子粒子的内秉性质。这性质决定了它们彼此之间的电磁作用。带电荷的物质会被外电磁场影响，同时，也会生成电磁场。

电场：由电荷产生的一种影响。在其它位置的电荷会因这影响而感受到电场力。

电势：电场做机械功于电荷的能力，通常以伏特为度量单位。

电流：带电粒子的移动，通常以安培为度量单位。

电磁场：移动中的电荷（电流）会生成磁场；变化中的磁场会生成电流。电场与磁场共同组成电磁场。

很久以前，就有许多术士致力于研究电的现象，但所得到的结果乏善可陈，少之又少。直到十七和十八世纪，才出现了一些在科学方面重要的发展和突破，不过在那时，科学家并没有找到电的甚么实际用途。十九世纪末，由于电机工程学的进步，电才进入了工业和家庭里。从那时开始，日新月异、突飞猛进的快速发展带给了工业和社会巨大的改变。作为能源的一种供给方式，电有许多优点，这意味着电的用途几乎是无可限量。例如，交通、取暖、照明、电讯、计算等等，都必须以电为主要能源。进入二十一世纪，现代工业社会的骨干仍是电能。。

历史

古代发现 泰勒斯是人们所知最早研究电现象的科学家。 早在对于电有任何具体认知之前，人们就已经知道发电鱼（electric fish）会发射电击。根据西元前2750年撰写的古埃及书籍，这些鱼被称为「尼罗河的雷使者」，是所有其它鱼的保护者。大约两千五百年之后，根据纪录，希腊、罗马、后来的阿拉伯，在这些地方的自然学者、医生等等，对于电鲇和地中海的电鳐所散发出的强烈电击仍旧感到极为困惑。。古代罗马医生斯克力邦尼·拉格斯（Scribonius Largus）在著作《医学精选》（Compositiones Medicae）里建议，患有像痛风或头疼一类病痛的病人去触摸电鳐，或许强劲的电击会治愈他们的疾病。 阿拉伯人可能是最先了解闪电本质的族群。他们也可能比其它族群都先找出电的其它来源。早于15世纪以前，阿拉伯人就创建了「闪电」的阿拉伯字 「raad」，并将这字用来称呼电鳐。 在地中海区域的古老文化里，很早就有文本记载，将琥珀棒与猫毛摩擦后，会吸引羽毛一类的物质。公元前600年左右，希腊的哲学家泰勒斯做了一系列关于静电的观察，从这些观察中，他推论摩擦会使琥珀变得磁性化。这与像磁铁矿一类矿石的性质大不相同；磁铁矿天然地具有磁性。泰勒斯的见解并不正确；但后来，科学会证实磁与电之间的密切关系。 几千年来，电只不过是学者们好奇的智能玩意儿，直到1600年，由于威廉·吉尔伯特的严谨治学态度，才开始对于电与磁的现象出现系统性研究。吉尔伯特是英国女王伊莉莎白一世的皇家医生，他对于电和磁特别有兴趣，撰写了第一本阐述电和磁的科学著作《论磁石》。这是一本具有现代科学精神的书籍，着重于从实验结果论述。吉尔伯特指出，琥珀不是唯一可以经过摩擦产生静电的物质，钻石、蓝宝石、玻璃等等，也都可以演示出同样的电学性质，在这里，他成功地击破了琥珀的吸引力是其内秉性质这持续了2000年的错误观念。吉尔伯特制成的静电验电器可以敏锐的探测静电电荷。在之后的一个世纪，这是最优良的探测静电电荷的仪器。先前，意大利数学家和医生吉罗拉莫·卡尔达诺列出一些电现象与磁现象的不同之处。从卡尔达诺的结果，吉尔伯特得到很多启发，他提出更多分歧之处：带电物质会吸引所有其它物质，而磁石只会吸引铁器；琥珀需要磨擦才能产生电性，而磁石不需要任何动作；磁石会将物体按照某定向排列，而带电物质则只会吸引其它物质。。吉尔伯特创建了新拉丁术语「electrica」（类似琥珀，从「ήλεκτρον」，「elektron」，希腊文的「琥珀」），意思为像琥珀的吸引方式一般的那些物质。由于他在电学的众多贡献，吉尔柏特被后人尊称为「电学之父」。后来，从「electricus」又衍生了英文本「electric」和「electricity」，这两个英文本最先出现于托马斯·布朗的1**6年著作《世俗谬论》（Pseudodoxia Epidemica，英文书名《Vulgar Errors》）。之后，科学家奥托·冯·格里克、罗伯特·波义耳、史蒂芬·葛雷（Stephen Gray） 、查理·杜费（Charles du Fay） 等等，都做了更进一步的研究。 十八世纪 生于十八世纪初，富兰克林对于电的研究贡献良多。 1752年6月，自学有成的班杰明·富兰克林做了一个古今闻名的风筝实验；他与儿子在雷雨中放风筝，将空中的闪电吸引过来，在风筝线另一端捆绑的一只金属钥匙与富兰克林的手之间，产生一系列的电花，他同时感受到麻电的滋味，这证实了闪电是电的一种现象。富兰克林又做实验发现了电荷守恒定律，即在任何孤立系统里，总电量不变。 1767年，约瑟夫·普利斯特里做实验发现，在带电金属容器的内部，电作用力为零。从这实验结果，他准确猜测，带电物体作用于彼此之间的吸引力与万有引力都遵守同样的定律。1785年，查尔斯·库仑用扭秤（torsion balance）做实验证实了普利斯特里的猜测，两个带电物体施加于彼此之间的作用力与距离成平方反比。他奠定了静电的基本定律，即库仑定律。于此，电的研究已提升成为一种精确科学（exact science）。 1791年，路易吉·伽伐尼发现，假设将青蛙与静电发电机链接成闭合电路，然后开启静电发电机，则青蛙肌肉会颤动。这实验演示出，神经细胞倚赖电的媒介将信号传达到肌肉。他因此创建了生物电学术领域。1800年，亚历山卓·伏打伯爵将铜片和锌片浸于食盐水中，并接上导线，制成了第一个电池：伏打电池，堪称是现代电池的元祖。伏打电池给予科学家一种比静电发电机更稳定的电源，能够连续不断的供给电流。 十九世纪 詹姆斯·马克士威 1820年，汉斯·奥斯特在课堂做实验时意外发现，电流能够偏转指南针的方向，演示出电流周围会生成磁场，即电流的磁效应。稍后，安德烈-玛丽·安培对于这现象做定量描述，给出安培力定律与安培定律。他们两个人的研究成果成功地将电与磁现象链接在一起，共称为「电磁现象」。应用这理论，可以制作出来磁性超强劲于天然磁石的电磁铁。1827年，格奥尔格·欧姆发展出一套精致的数学理论来分析电路。 1831年，麦可·法拉第与约瑟·亨利分别独立地发现了电磁感应──磁场的变化可以生成电场。1865年，詹姆斯·马克士威将电磁学加以集成，提出马克士威方程组，并且推导出电磁波方程序。由于他计算出来的电磁波速度与测量到的光速相等，他大胆预测光波就是电磁波。1887年，海因里希·赫兹成功制成并接收到马克士威所描述的电磁波。麦克斯韦将电学、磁学与光学统合成一种理论。 1859年，德国物理学家尤利乌斯·普吕克将真空管两端的电极之间通上高压电，制成阴极射线。物理学者发现，阴极射线是以直线传播，但其传播方向会被磁场偏转。阴极射线具有可测量的动量与能量1897年，约瑟夫·汤姆森做实验证实，阴极射线是由带负电的粒子组成，称为电子，因此他发现了电子。 十九世纪早期见证了电磁学快速蓬勃，如火如荼的演进。到了后期，应用电磁学的先进知识，电机工程学开始了一段突破性的发展。例如，亚历山大·贝尔发明了电话、汤玛斯·爱迪生设计出优良的白炽灯和直流电力系统、尼古拉·特斯拉发展完成感应电动机、卡尔·布劳恩改良成功设备在显示器或电视机里的阴极射线管。由于这些与其他众多发明家所做出的贡献，电已经成为现代生活的必需工具，更是第二次工业革命的主要动力。 二十世纪 从左至右：巴丁、肖克利和布喇顿。 德国物理学者海因里希·赫兹于1887年发现，照射紫外线于电极可以帮助产生更多电花。这就是光电效应所产生的现象。包括约瑟夫·汤姆森、菲利普·莱纳德在内的物理学者们，对于光电效应的做了很多理论研究与实验研究。1905年，阿尔伯特·爱因斯坦发表论文对于光电效应的众多实验数据给出解释。爱因斯坦主张，光束是由一群离散的量子（现称为光子）组成，而不是连续性波动。假若光子的频率大于某极限频率，则这光子拥有足够能量来使得金属表面的电子逃逸，造成光电效应。这个重要发现展开了量子物理的大门。 1901年，古列尔莫·马可尼从英国发射无线电信号，越过大西洋，发送至加拿大。5年后，「无线电之父」李·德富雷斯特研究出真空三极管。这重大发明推动电子时代急速向前推进，使得无线电与长途电话科技不再是遥不可及的梦想。到了1940、1950年代，固态原件开始出现在越来越多个场合，这标记着真空管科技的快速没落与半导体科技的崛起。1947年，贝尔实验室的威廉·肖克利、约翰·巴丁和沃尔特·布喇顿工作团队发明了晶体管。这是二十世纪最重要的发明之一，凡是电子器具大多都须要用到晶体管。杰克·基尔比于1958年和罗伯特·诺伊斯于1959年分别独立发明集成电路。现今，大量晶体管、二极管、电阻器、电容器等等电子原件都可以被装配在单独的集成电路里。

基本概念

电场线开始于正电荷，终止于负电荷。

电场线必须以直角进入理想导体。

两条电场线绝对不会相交；电场线绝对不会与自己相交。

电场线的密度越大，则电场越强。

发电和使用

发电和传输 风力发电是一种很重要的绿色科技。 泰勒斯的琥珀摩擦实验是科学史上第一个与发电有关的实验。虽然这实验的结果，称为摩擦起电效应，能够吸引轻微的物体或发出火花，但发电效率很低，不具实用功能。一直要等到十八世纪，伏打电堆被发明之后，人们才得到了一种比较可行的电源。伏打电堆和它的现代后裔——电池——能够保存化学能，并且在需要之时能立刻变换成电能。电池的用途广泛，能够很理想地搭配很多种用途，是日常生活不可或缺的电源。但是，电池所保存的能量有限，每当保存的电能用完，就必须重新充电或丢弃。为了确保长期大量用电客户不至缺电，必须选取持续地发电与传输至用户的策略。 电能通常是由采用机械-电磁转换模式的发电机制成。靠着燃烧化石燃料或分裂核燃料过程，可以产生热能，然后用蒸汽涡轮发动机将热能转换为动能，驱动这种发电机进行发电；类似地，其它种能源，例如风力或水力，也可以用来发电。这种发电机的外形丝毫不像法拉第早前发明的同极发电机（homopolar generator）。但是，它所根据的运作原理仍旧是法拉第定律。十九世纪后期的变压器的发明，以高电压，低电流的方式增加电力传输效率；这意味着发电功能可以集中于位置较远的中央发电场。大型的发电厂更能受益于规模经济，所生产的电力也可以传输至相当远的地方使用。 由于电力无法大量的保存，大多数时候，电力公司（electric utility）必须即时生产所有需求。电力公司必须仔细估算电力需求，依照估算的结果计划电力的生产。为了给予电力网络足够的弹性来应付偶发状况，像极端恶劣天气、机器故障、燃料短缺等等，电力公司还必须预留一部分发电能力。 随着国家的进步，经济的发展，电力需求急速地增加。例如，在二十世纪的前三十年，美国的电力需求，每年平均至少会增长 7%。 美国的2011年用电量比1950年多过13倍。新兴经济，像印度或中国的经济，也正在经历这样快速的增长率历史数据显示，电力需求的成长率超过其它种能量。 由于人类的生存环境不断恶化，地球的有限资源急速消耗，许多电力公司都开始选取可再生能源发电的策略，特别是选择风力发电、水力发电、太阳能发电。虽然有关各种不同发电方法对于环境利弊的辩论仍旧继续在进行中，尚未能成定论，一般而言，假若将电力纯粹当做一种能源看待，那么，这是一种相当干净的绿色能源 用途 爱迪生发明的电灯泡带给人们极多便利。其运作原理是焦耳加热──电流通过电阻时会产生热能。 电力是一种很容易传输的能量形式，能够适用于日以剧增，多不盛举的用途。例如，于1870年代出现的电灯泡，具有极大的实用价值。由于这发明，人们不再需要使用蜡烛或煤油来照明，因而得以避免了很多可能发生的火灾。 电灯泡所应用的焦耳加热（Joule heating）效应，也可以用来电力取暖（electric heating）。对于这用途，电力取暖有三大优点：便利使用、容易控制、安全洁净。但是，电力取暖有个很大的缺点，那就是，与燃煤取暖或燃油取暖相比，它的效率比较低。关于冷冻用途方面，电是一个很实用的能源。安装在住家和办公室内，冷气机的使用带给人们很大的舒适。但是，冷气的耗电量也很大。对于这问题，电力公司正大力宣传提倡智能地使用冷气。 电讯科技主要是依靠电来传达信息。十九世纪中期，自从威廉·库克（William Cooke） 和查尔斯·惠斯通（ Charles Wheatstone） 展示出第一座具有商业潜力的电报机，随着横贯美国大陆电报系统（First Transcontinental Telegraph）的创建，以及横贯大西洋电报系统（Transatlantic Telegraph Cable）的创建，从地球的这一端到地球的那一端，使用电报机制，只需要很短几分钟时间，人们就可以即时地获得消息。现今，光导纤维和通信卫星这两个先进科技，占有了通信科技市场的一大部分。它们所使用的传输科技仍旧是创建于电磁波原理。 电动机应用电磁原理，将电能转化成机械能的形式，来驱动各种各样的机械。一个固定不动的电动机，像绞车（winch），可以很容易地获得能源。但是，移动的电动机，像电动车，必须随身带着像电池一类的能源装备，或者用取得电能的滑动接触，像集电弓。这要求限制了其行动范围和工作性能。 晶体管是二十世纪最重要的发明之一。晶体管是所有摩登电子电路的基本组件，最先进的集成电路在小小几平方公分的面积可以内嵌几十亿个微小的晶体管。 电力也被用来推动公共交通，包括纯电动公交车和火车。

电和自然世界

生理效应 施加电压于人体，会造成电流的流过人体内部组织。在人体内，电压与电流呈非线性关系，电压越大，电流也越大。随着供给频率的改变，电流路径的不同，感觉阈值也不一样。对于电路主干的频率，感觉阈值大约是0.1mA到1mA。但是在某种状况下，甚至电流小到1µA都可以被感觉得到，能使肌肉发生纤维性抽搐（electrovibration）。假若电流太大，则会造成肌肉收缩、心脏纤维性颤动（fibrillation）或灼伤。 由于导体是否通电，很难从外表判断出来，一不小心，就很容易触电，所以，电源是一种危险源。电击可能会造成极剧烈疼痛，时常会被黑心人士用来刑求，称为电刑。在刑法里，电刑也是一种处死的方法。 大自然的电现象 一只电鳗正在寻找猎物。 电并不是纯粹人为的发明，可以从大自然观察到的电现象很多。最为人知的现象是闪电。很多熟悉的宏观作用，像接触、摩擦、化学键等等，都是由原子尺寸的电场作用产生的。地球核心的循环电流造成了的地磁场。某些晶体，像石英，或者甚至砂糖，当感受外部压强时，会在其表面之间产生电压，这现象称为压电效应。逆反过来，当施加电场于一个压电物质时，物质的尺寸会出现稍小改变。 有些生物，像鲨鱼，能够探测和响应电场的改变。这种能力称为电觉（electroreception） 。另外有些生物，能够自身制造高压电，用来攻击对方或防卫自己。裸背鱼目里的生物，最著名的例子是电鳗，用改变了的肌肉细胞，称为发电细胞（electrocyte），所制造的高压电，来探测或电昏其猎物。所有动物沿着牠们的细胞膜以电压搏动，称为动作电位，来传达信息。动作电位的功能包括神经系统的神经元与肌肉之间的信息传递。电击会刺激这系统，使肌肉收缩。动作电位也负责协调某些植物的功能。

参阅

发电厂

高斯定律

安培定律

量子电动力学

电力市场，销售电能

以「电」开头的条目