miniatura|El llamp és un fenomen natural productor d'electricitat En física, lelectricitat és un terme genèric que engloba tot un conjunt de fenòmens que són la manifestació de la presència d'un moviment de càrregues elèctriques. Podem aplicar el terme electricitat a fenòmens prou coneguts com el llamp o l'electricitat estàtica però també a d'altres com el camp electromagnètic o la inducció electromagnètica. La paraula també serveix per designar la branca de la física que estudia els fenòmens elèctrics i les seves aplicacions.
L'electricitat va ser estudiada des de l'antiguitat però no va començar a ser compresa fins als segles i . Va ser a finals del quan l'enginyeria elèctrica va aconseguir utilitzar l'electricitat en aplicacions industrials i residencials. Nikola Tesla i Thomas Edison van tenir un paper capdavanter en l'expansió i el desenvolupament de la utilització de l'electricitat, els seus treballs van permetre l'adveniment de la segona revolució industrial. Avui dia, l'energia elèctrica és omnipresent a la vida quotidiana dels països desenvolupats: a partir de diferents fonts d'energia (hidràulica, tèrmica, nuclear), l'electricitat produïda s'utilitza a les llars i a la indústria.
En el llenguatge general podem utilitzar el terme electricitat per designar un cert nombre de fenòmens, però és massa ambigu per a ser utilitzat en els diferents àmbits científics i és substituït per un seguit de conceptes més precisos:
Càrrega elèctrica: Propietat d'algunes partícules subatòmiques que determina les seves interaccions electromagnètiques. La matèria elèctricament carregada és afectada pels camps electromagnètics i en produeix. Corrent elèctric: Moviment o flux de partícules elèctricament carregades. Camp elèctric: Efecte produït per una càrrega elèctrica sobre altres que en són properes. Potencial elèctric: Capacitat d'un camp elèctric de produir un treball. Electromagnetisme: Interacció fonamental entre els camps electromagnètics i les càrregues elèctriques i el seu moviment. L'electricitat està estretament relacionada amb el magnetisme i per això s'inclou dintre del camp de l'electromagnetisme, que estudia conjuntament els fenòmens elèctrics i magnètics.
Naturalesa de l'electricitat De la mateixa manera que la massa, la càrrega elèctrica és una propietat de la matèria que és a l'origen de diferents fenòmens. Ningú ha observat mai de manera directa una càrrega elèctrica, però a partir de l'estudi de certes partícules com els electrons i els protons els científics han deduït que no tenien la mateixa càrrega i que sovint era oposada.
Dues càrregues de tipus oposat s'anul·len, la matèria ordinària té tants electrons com protons i, per tant, és elèctricament neutra. En el món de l'electricitat hi ha dos tipus de càrrega elèctrica que es comporten com si fossin oposades, per convenció reben la denominació de positiva i negativa. Les càrregues del mateix signe es repel·leixen, mentre que les càrregues de signe oposat s'atreuen. La magnitud de la força d'atracció o repulsió ve donada per la Llei de Coulomb.
100px|Atracció de càrregues de pols oposats100px|Repulsió de càrregues de pols igualsdues càrregues de signe oposat s'atreuendues càrregues del mateix signe, per exemple dues càrregues positives, es repel·leixen
El moviment de les càrregues elèctriques dins la matèria és l'origen de l'electricitat.
L'electricitat estàtica
framed|Fragments de paper atrets per un CD carregat per fregament
A la natura, els electrons són portadors de càrrega negativa i els protons de càrrega positiva. Els àtoms que componen la matèria ordinària són formats per electrons que són al voltant d'un nucli atòmic compost de protons i neutrons (que són elèctricament neutres), com que el nombre d'electrons és igual al nombre de protons el conjunt resultant és elèctricament neutre.
Quan es freguen certs materials entre si els electrons superficials dels àtoms d'un material són transferits als àtoms de l'altre material. Per exemple, si freguem una barra de vidre amb un teixit de seda es carregarà positivament perquè els seus àtoms perdran electrons que passaran a la seda; si freguem un globus contra els cabells eixuts el carregarem negativament perquè captarà electrons del pèl.
Un regle de plàstic fregat contra la roba adquirirà una càrrega negativa, llavors podrà atreure petits fragments de paper. La raó és que el regle carregat modifica, per inducció electroestàtica, la repartició de càrregues al paper: les càrregues negatives del regle repel·leixen les càrregues negatives dels àtoms del paper i acaben a l'altre extrem del paper, al mateix temps que atreuen les càrregues positives; el resultat és que el regle atreu el paper. El mateix passa amb el CD, un plàstic, de la imatge de la dreta.
Es parla d'electricitat estàtica perquè les càrregues elèctriques no circulen sinó que es troben confinades a materials aïllants, el plàstic, el vidre o el paper són resistents a la circulació de les càrregues. Però malgrat tractar-se de materials aïllants se'ls pot associar un corrent elèctric, detectable directament o a través del camp magnètic associat, si aquests materials carregats són en moviment.
Corrent elèctric
miniatura|Un circuit elèctric bàsic. El generador V a l'esquerra aporta un corrent I al circuit, proporcionant energia elèctrica a la resistència R. Des de la resistència, el corrent retorna a la font, completant el circuit.
Hi ha materials com els metalls, l'aigua salada, el cos humà o el grafit que permeten que les càrregues elèctriques es desplacin fàcilment al seu través. El moviment de les càrregues elèctriques és el que coneixem com a corrent elèctric, normalment són electrons però qualsevol càrrega en moviment és un corrent elèctric, la seva intensitat es mesura en amperes.
En caminar sobre una moqueta el fregament dels peus n'arrencarà electrons i el cos es carregarà d'electricitat estàtica. En tocar el pom metàl·lic de la porta notarem una petita descàrrega elèctrica acompanyada d'un arc elèctric causat pel desplaçament sobtat de les càrregues elèctriques cap a terra a través dels materials conductors de la porta. El moviment de les càrregues és degut al fet que n'hi havia més al cos que a terra. De la mateixa manera que dues càrregues del mateix tipus tenen tendència a repel·lir-se, en un material conductor tenen tendència a desplaçar-se cap al punt menys carregat. Aquesta diferència del nombre de càrregues entre dos cossos és el que s'anomena diferència de potencial.
En conseqüència, per tal de crear un corrent elèctric, un moviment de càrregues elèctriques, caldrà un circuit de material conductor que permeti el desplaçament de les càrregues i un sistema capaç de crear una diferència de potencial entre els extrems del circuit. La manera de crear la diferència de potencial és la utilització d'un generador, alguns exemples de generadors elèctrics en serien la pila o la dinamo.
Corrent altern i corrent continu Hi ha dos tipus de corrent elèctric: el corrent continu i el corrent altern. Tots els aparells elèctrics que connectem a la xarxa elèctrica s'alimenten amb corrent altern, però molts dels nostres electrodomèstics, com ara el televisor o l'ordinador, tenen circuits electrònics que funcionen amb corrent continu i a voltatges relativament petits, per això disposen d'un transformador que subministra les tensions requerides i circuits rectificadors que converteixen el corrent altern en corrent continu. Les bateries i piles elèctriques subministren corrent continu, el corrent continu és essencial per a la indústria electroquímica, exemples en serien l'obtenció industrial de l'alumini, el magnesi o el coure.
El sentit del corrent elèctric La primera definició de corrent elèctric es va fer com un flux de càrregues positives, a causa d'aquesta convenció històrica es considera que les càrregues flueixen des de la part més negativa d'un circuit a la més positiva. Tanmateix, el moviment d'electrons, amb càrrega negativa, és una de les formes més habituals de corrent elèctric, en aquest cas considerarien que els electrons es dirigeixen cap a la part positiva del circuit mentre les càrregues positives restarien immòbils. Però un corrent elèctric pot ser un flux de partícules en qualsevol direcció, cap a la positiva, cap a la negativa o cap a les dues alhora.
Per això, en un circuit elèctric es considera que el corrent elèctric circula entre els elèctrodes des del pol positiu cap al pol negatiu del generador de corrent que alimenta el circuit.
Però a un fil elèctric, i a qualsevol metall, les càrregues positives (que són els nuclis dels àtoms del metall) no es poden moure i no poden generar cap corrent elèctric, per tant, el corrent serà generat exclusivament pel desplaçament de càrregues negatives, els electrons, cap al pol positiu del generador.
La Llei d'Ohm Ohm (1826) va determinar la relació existent entre el corrent que circula per un conductor i la diferència de potencial aplicada a en aquest (voltatge), de manera que la seva relació l'anomenà resistència. D'aquesta forma establí que, a una diferència de potencial constant, el corrent que hi circula per un conductor és inversament proporcional a la resistència d'aquest. Per exemple, un conductor amb una resistència d'1Ω sotmès a 10V de tensió (diferència de potencial), permetrà el pas de 10A de corrent elèctric. Si augmentéssim la resistència al doble, el corrent seria la de la meitat, és a dir, 5 A, mentre que la tensió es mantindria a 10V. Aquesta llei permet obtenir el voltatge (V), les amperes (A) o la resistència (R) sempre que tinguem dos de les tres variables. La llei matemàtica que regeix aquesta relació es coneix com a Llei d'Ohm i es formula així:
center|miniatura|75x75px|Llei d'Ohm
I com a regla nemotècnica, es pot definir el Triangle d'Ohm: center|miniatura|Triangle de la Llei d'Ohm
L'electricitat a la natura miniatura|L'anguila elèctrica, Electrophorus electricus.
L'electricitat no és una invenció humana sinó que és present i pot ser observada en diverses formes a la natura, una de les més destacades i conegudes és el llamp. Hi ha moltes manifestacions de l'electricitat a nivell macroscòpic que ens són familiars, en podem citar l'electricitat estàtica generada per fricció, que són degudes a les interaccions entre els camps elèctrics a escala atòmica.
El camp magnètic terrestre es considera produït per una dinamo natural, el nucli del planeta generaria el camp magnètic en ser recorregut per corrents elèctrics. Alguns cristalls com el quars, i fins i tot el sucre, generen una diferència de potencial entre les seves cares quan són sotmesos a una pressió externa. Aquest fenomen rep el nom de piezoelectricitat, del grec πιέζειν (piezein) que significa pressionar, i va ser descobert el 1880 pels germans Curie (Pierre i Jacques Curie). L'efecte invers també existeix, quan un cristall és sotmès a un camp elèctric es produeix un petit canvi a les seves dimensions físiques
El llamp és una gran descàrrega elèctrica produïda per una acumulació d'electricitat estàtica als núvols. En una situació normal l'aire actua com un aïllant que no permet el pas de l'electricitat, però quan s'ha acumulat prou càrrega als núvols es modifica l'estructura de l'aire i es transforma localment en un plasma ionitzat que condueix l'electricitat formant-se arcs elèctrics entre els núvols i el terra. Un altre fenomen natural de naturalesa elèctrica és el Foc de Sant Elm.
Alguns organismes com els taurons tenen la capacitat de detectar i respondre a canvis en camps elèctrics, aquest fenomen es coneix amb el nom de electrolocalització o electropercepció. Altres animals poden generar voltatges que utilitzen com a arma defensiva o de caça. L'ordre dels gimnotiformes, entre els que tenim el conegut exemple de l'anguila elèctrica, detecten la seva presa i l'estaborneixen amb alts voltatges que generen a unes cèl·lules musculars modificades anomenades electròcits.