thumb|upright=1.35|A eletricidade é invisível, mas pode produzir fenômenos visualmente observáveis, mostrados aqui com o relâmpago e várias formas de luz elétrica nos edifícios
Eletricidade é o conjunto de fenômenos físicos associados à presença e ao movimento de matéria com carga elétrica. A eletricidade está relacionada ao magnetismo, sendo ambos parte do fenômeno do eletromagnetismo, conforme descrito pelas equações de Maxwell. Fenômenos comuns estão relacionados à eletricidade, incluindo relâmpagos, eletricidade estática, aquecimento elétrico, descargas elétricas e muitos outros.
A presença de uma carga elétrica positiva ou negativa produz um campo elétrico. O movimento de cargas elétricas é uma corrente elétrica e produz um campo magnético. Na maioria das aplicações, a lei de Coulomb determina a força que atua sobre uma carga elétrica. O potencial elétrico é o trabalho realizado para mover uma carga elétrica de um ponto a outro dentro de um campo elétrico, normalmente medido em volts.
A eletricidade desempenha um papel central em muitas tecnologias modernas, atuando na energia elétrica, onde a corrente elétrica é usada para energizar equipamentos, e na eletrônica, lidando com circuitos elétricos envolvendo componentes ativos, como válvulas termiônicas, transistores, diodos e circuitos integrados, e tecnologias de interconexão passiva associadas.
O estudo dos fenômenos elétricos remonta à antiguidade, com a compreensão teórica progredindo lentamente até os séculos XVII e XVIII. O desenvolvimento da teoria do eletromagnetismo no século XIX marcou um progresso significativo, levando à aplicação industrial e residencial da eletricidade por engenheiros eletricistas no final do século. Essa rápida expansão da tecnologia elétrica na época foi a força motriz por trás da Segunda Revolução Industrial, com a versatilidade da eletricidade impulsionando transformações na indústria e na sociedade. A eletricidade é parte integrante de aplicações que abrangem transporte, climatização, iluminação, telecomunicações e computação, tornando-se a base da sociedade industrial moderna.
História
thumb|upright|Tales, o primeiro pesquisador conhecido em eletricidade.
Muito antes de qualquer conhecimento sobre eletricidade existir, as pessoas já conheciam os choques causados por peixes elétricos (Bioeletricidade). Textos egípcios antigos datados de 2750 a.C. os descreviam como os "protetores" de todos os outros peixes. Peixes elétricos foram novamente relatados milênios depois por naturalistas e médicos gregos, romanos e árabes antigos. Vários escritores antigos, como Plínio, o Velho, e Escribônio Largo, atestaram o efeito entorpecente dos choques elétricos aplicados por bagres elétricos e arraias elétricas, e sabiam que tais choques podiam se propagar por objetos condutores. Pacientes com doenças como gota ou dor de cabeça eram orientados a tocar peixes elétricos na esperança de que o poderoso choque pudesse curá-los.
Culturas antigas ao redor do Mediterrâneo sabiam que certos objetos, como barras de âmbar, podiam ser esfregados com pelo de gato para atrair objetos leves como penas. Tales de Mileto fez uma série de observações sobre eletricidade estática por volta de 600 a.C., a partir das quais ele acreditava que o atrito tornava o âmbar magnético, em contraste com minerais como a magnetita, que não precisavam de fricção. Tales estava incorreto ao acreditar que a atração era devido a um efeito magnético, mas a ciência posterior provaria uma ligação entre magnetismo e eletricidade. De acordo com uma teoria controversa, os partas podem ter tido conhecimento de galvanoplastia, com base na descoberta de 1936 da Bateria de Bagdá, que se assemelha a uma célula galvânica, embora seja incerto se o artefato era de natureza elétrica.
thumb|left|upright|Benjamin Franklin conduziu uma extensa pesquisa sobre eletricidade no século XVIII, conforme documentado por Joseph Priestley (1767) History and Present Status of Electricity, com quem Franklin manteve longa correspondência
A eletricidade permaneceria pouco mais do que uma curiosidade intelectual por milênios até 1600, quando o cientista inglês William Gilbert escreveu De Magnete, no qual fez um estudo cuidadoso da eletricidade e do magnetismo, distinguindo o efeito magnetita da eletricidade estática produzida pela fricção do âmbar. Ele cunhou a palavra neolatina electricus ("de âmbar" ou "como âmbar", de ἤλεκτρον, elektron, a palavra grega para "âmbar") para se referir à propriedade de atrair pequenos objetos após serem friccionados. Essa associação deu origem às palavras inglesas "elétrico" e "eletricidade", que fizeram sua primeira aparição impressa na Pseudodoxia Epidemica de Thomas Browne de 1646. Isaac Newton fez as primeiras investigações sobre eletricidade, com uma ideia sua escrita em seu livro Opticks, sem dúvida o início da teoria de campo da força elétrica.
Trabalhos acadêmicos posteriores foram conduzidos no século XVII e início do século XVIII por Otto von Guericke, Robert Boyle, Stephen Gray e Charles Du Fay. Mais tarde, no século XVIII, Benjamin Franklin conduziu extensas pesquisas em eletricidade, vendendo seus bens para financiar seu trabalho. Em junho de 1752, auxiliado por seu filho William, ele teria prendido uma chave de metal na ponta de uma linha úmida de pipa e empinado-a em um céu ameaçado por tempestade, realizando a célebre Experiência da pipa.. Não se sabe se Franklin realizou pessoalmente esse experimento, mas ele é popularmente atribuído a ele. Uma sucessão de faíscas saltando da chave para o dorso de sua mão mostrou que o relâmpago era de fato elétrico por natureza. Ele também explicou o comportamento aparentemente paradoxal da Garrafa de Leiden como um dispositivo para armazenar grandes quantidades de carga elétrica em termos de eletricidade consistindo em cargas positivas e negativas.
thumb|upright|As descobertas de Michael Faraday formaram a base da tecnologia de motores elétricos
Em 1775, Hugh Williamson relatou uma série de experimentos à Royal Society sobre os choques aplicados pela enguia elétrica; naquele mesmo ano, o cirurgião e anatomista John Hunter descreveu a estrutura dos órgãos elétricos do peixe. Em 1791, Luigi Galvani publicou sua descoberta do bioeletromagnetismo, demonstrando que a eletricidade era o meio pelo qual os neurônios passavam sinais para os músculos. A Pilha de Volta ou pilha voltaica de Alessandro Volta, de 1800, feita de camadas alternadas de zinco e cobre, forneceu aos cientistas uma fonte mais confiável de energia elétrica do que as máquinas eletrostáticas usadas anteriormente. O reconhecimento do eletromagnetismo, a unidade dos fenômenos elétricos e magnéticos, deve-se a Hans Christian Ørsted e André-Marie Ampère em 1819-1820. Michael Faraday inventou o motor elétrico em 1821, e Georg Ohm analisou matematicamente o circuito elétrico em 1827. A eletricidade e o magnetismo (e a luz) foram definitivamente ligados por James Clerk Maxwell, em particular em seu artigo On Physical Lines of Force em 1861 e 1862.
Enquanto o início do século XIX testemunhou um rápido progresso na ciência elétrica, o final do século XIX testemunharia o maior progresso na engenharia elétrica. Por meio de pessoas como Alexander Graham Bell, Ottó Bláthy, Thomas Edison, Galileu Ferraris, Oliver Heaviside, Ányos Jedlik, Lorde Kelvin, Charles Algernon Parsons, Werner von Siemens, Joseph Swan, Reginald Fessenden, Nikola Tesla e George Westinghouse, a eletricidade deixou de ser uma curiosidade científica e se tornou uma ferramenta essencial para a vida moderna.
Em 1887, Heinrich Hertz descobriu que eletrodos iluminados com luz ultravioleta criam faíscas elétricas com mais facilidade. Em 1905, Albert Einstein publicou um artigo que explicava os dados experimentais do efeito fotoelétrico como sendo o resultado da energia luminosa transportada em pacotes quantizados discretos, energizando elétrons. Essa descoberta levou à revolução quântica. Einstein recebeu o Prêmio Nobel de Física em 1921 por "sua descoberta da lei do efeito fotoelétrico". O efeito fotoelétrico também é empregado em fotocélulas, como as encontradas em painéis solares.
O primeiro dispositivo de estado sólido foi o "detector de bigodes de gato", usado pela primeira vez na década de 1900 em receptores de rádio. Um fio em forma de bigode é colocado levemente em contato com um cristal sólido (como um cristal de germânio) para detectar um sinal de rádio pelo efeito de junção de contato. Em um componente de estado sólido, a corrente elétrica é confinada a elementos sólidos e compostos projetados especificamente para comutá-la e amplificá-la. O fluxo de corrente pode ser entendido de duas formas: como elétrons carregados negativamente e como deficiências de elétrons carregadas positivamente, chamadas de buracos. Essas cargas e lacunas são entendidas em termos de física quântica. O material de construção é, na maioria das vezes, um semicondutor cristalino.
A eletrônica de estado sólido ganhou destaque com o surgimento da tecnologia de transistores. O primeiro transistor funcional, um transistor de contato pontual à base de germânio, foi inventado por John Bardeen e Walter Houser Brattain nos Laboratórios Bell em 1947, seguido pelo transistor de junção bipolar em 1948.
Conceitos
Carga elétrica
thumb|upright|A carga em um eletroscópio de folha de ouro faz com que as folhas se repelam visivelmente.
Por convenção moderna, a carga transportada pelos elétrons é definida como negativa, e a dos prótons como positiva.International Electrotechnical Commission, IEV ref 113-02-13 Antes da descoberta dessas partículas, Benjamin Franklin definiu uma carga positiva como sendo a carga adquirida por uma vareta de vidro quando esfregada com um pano de seda.Lawrence S. Lerner (1997). Physics for Scientists and Engineers, Volume 2, p. 636 Um próton, por definição, carrega uma carga de exatamente . Esse valor também é definido como a carga elementar. Nenhum objeto pode ter uma carga menor do que a carga elementar, e qualquer quantidade de carga que um objeto possa carregar é um múltiplo da carga elementar. Um elétron possui uma carga negativa igual, ou seja, . A carga é possuída não apenas pela matéria, mas também pela antimatéria, sendo que cada antipartícula possui uma carga igual e oposta à de sua partícula correspondente.
A presença de carga elétrica dá origem a uma força eletrostática: as cargas exercem força umas sobre as outras, um efeito que era conhecido, embora não compreendido, na antiguidade. Uma esfera leve suspensa por um fio fino pode ser carregada eletricamente tocando-a com uma vareta de vidro que, por sua vez, foi carregada por atrito com um pano. Se uma esfera semelhante for carregada pela mesma vareta de vidro, observa-se que ela repele a primeira: a carga atua forçando as duas esferas a se afastarem. Duas esferas carregadas com uma vareta de âmbar atritada também se repelem. No entanto, se uma esfera for carregada pela vareta de vidro e a outra por uma vareta de âmbar, observa-se que as duas esferas se atraem. Esses fenômenos foram investigados no final do século XVIII por Charles-Augustin de Coulomb, que deduziu que a carga se manifesta em duas formas opostas. Essa descoberta levou ao conhecido axioma:
«Objetos com cargas iguais se repelem e objetos com cargas opostas se atraem.»