电子学/电荷
两个原子走在街上。第一个原子对第二个原子说：“我想我丢失了一个电子！”第二个说：“你确定吗？”第一个回答说：“我肯定！”
原子是物质的最小粒子，由质子、电子和中子构成。质子带正电，电子带负电，抵消质子的正电荷。中子是类似于质子的粒子，但带中性电荷。除了同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引之外，正电荷和负电荷之间没有区别。如果将一个单独的正质子和负电子放置彼此附近，它们将结合在一起形成一个氢原子。这种排斥和吸引（静止带电粒子之间的力）被称为静电力，理论上延伸至无穷远，但会随着距离的增加而减弱。
原子和宇宙总体上都带中性电荷，并具有相同数量的质子和电子。当一个原子缺少一个或多个电子时，它会带正电，而当一个原子至少有一个额外的电子时，它会带负电。带正电或负电使原子成为离子。原子只有通过聚变、裂变和放射性才能获得或失去质子和中子。尽管原子是由许多粒子构成，物体是由许多原子构成，但它们在排斥和吸引方面与带电粒子表现相似。
在一个原子中，质子和中子结合在一起形成一个紧密结合的原子核。这个原子核周围环绕着一个巨大的电子云，这些电子在很大距离处绕着原子核运动，并通过电磁吸引力被束缚在质子附近。电子云以一系列重叠的壳层/能带形式存在，其中内部的价带被电子填充，并与原子紧密结合。外部的导带不包含电子，除非那些通过获得能量而加速到导带的电子。如果具有足够的能量，电子将从原子中逸出。当导带中的电子减速并落入另一个导带或价带，并发出一个光子时，就被称为光电效应。
- 激光：当电子在导带之间来回运动，发出同步的光子时。
- 当导带和价带重叠时，原子为导体，允许电子自由移动。导体是金属，可以看作是一堆原子核周围环绕着一团“电子海”。
- 当导带和价带之间存在较大间隙时，原子为绝缘体，并捕获电子。绝缘体是非金属，擅长阻止电子流动。
- 当导带和价带之间存在很小间隙时，原子为半导体。半导体表现得像导体和绝缘体一样，并利用导带和价带工作。外价带中的电子被称为空穴。由于它们流动的方式，它们表现得像正电荷一样。在半导体中，电子与材料发生碰撞，它们的运动被阻止。这使得电子具有有效质量，小于其正常质量。在一些半导体中，空穴的有效质量大于导带电子。
电子设备基于利用导体、绝缘体和半导体之间的差异的理念。
在导体中，物体的电子可以自由移动。由于它们的排斥性质，价电子会离开物体的中心，并在其表面均匀分布，以便尽可能地远离彼此。这个空腔被称为法拉第笼，它可以阻止辐射（例如电荷、无线电波和电磁脉冲）进入和离开物体。如果法拉第笼有孔，辐射就可以通过。
用导体做的一件有趣的事情是金属球之间的电荷转移。最初，球体是中性的。第一步是将球体 1 放在球体 2 旁边，但不要接触。这会导致球体 2 中的所有电子都从球体 1 处移动到球体 2 的另一端。因此，球体 2 现在有一个充满了电子的负极和一个缺少电子的正极。接下来，球体 2 通过与连接到地球的导体接触而接地，地球吸收了它的电子，使球体 2 带正电荷。正电荷（缺少电子）由于缺少电子而均匀地分布在表面。
在绝缘体中，物体的电子被卡住。这允许电荷通过摩擦起电效应在物体表面积聚。摩擦起电效应（摩擦产生的电效应）涉及两种不同的绝缘体（如玻璃、硬橡胶、琥珀，甚至裤子的座位）相互接触时电子交换。产生的电荷的极性和强度根据材料成分及其表面光滑度而有所不同。例如，用丝绸摩擦过的玻璃会积聚电荷，用毛皮摩擦过的硬橡胶也会积聚电荷。摩擦材料在一起会极大地增强这种效应。
- 范德格拉夫起电机：一种电荷泵（电子泵），产生静电。在范德格拉夫起电机中，传送带使用摩擦来拾取电子，然后将电子沉积在金属刷子上。最终结果是产生电荷差。
由于被摩擦的材料现在带电，与未带电的物体或带相反电荷的物体接触会导致积聚的静电通过电火花放电。一个人仅仅走过地毯就可以积聚足够的电荷，导致电火花跨越一厘米。电火花的力量足以吸引灰尘颗粒到布料上，破坏电气设备，点燃燃气，产生闪电。在极端情况下，电火花会摧毁处理火药和炸药的工厂。去除静电的最佳方法是通过接地放电。潮湿的空气也会缓慢地放电静电。这是电池和电容器随着时间的推移会失去电荷的一个原因。
质子和电子具有相反但相等的电荷。因为在几乎所有情况下，质子或电子的电荷都是最小的电荷，因此一个质子的电荷量被认为是一个正基本电荷，一个电子的电荷量被认为是一个负基本电荷。由于原子和这些粒子非常小，并且通常讨论的是几万亿个基本电荷的电荷量，因此通常使用一个更大的电荷单位。库仑是电荷单位，可以用正数或负数表示，它大约等于 6.2415×1018 个基本电荷。因此，一个基本电荷大约等于 1.602 ×10-19 库仑。库仑的常用缩写是大写C。SI 中库仑的定义是，当 1 安培 ( A ) 的电流通过某一点时，在 1 秒 ( s ) 内通过该点的电荷量，即 C = A s 或 A = C/s。一个安培是物理学中的一个基本单位，从它可以定义其他各种单位，例如库仑。