Изучая в течение ряда столетий различные вещества, из которых состоит окружающий нас мир наука пришла к выводу, что, несмотря на разнообразие встречающихся веществ, все они слагаются из простых элементов. Было установлено, что в природе существует 116 химических элемента. Каждый элемент состоит из мельчайших частиц — атомов. Атомы различных элементов не похожи друг на друга и обладают определенными, только им присущими свойствами. Наоборот, атомы одного элемента одинаковы и сохраняют все признаки данного элемента. Атомы одного и того же химического элемента, обладающие одинаковой величиной заряда атомного ядра, но различающиеся своей массой, несколько отличающиеся друг от друга своими физическими и химическими свойствами и занимающие в таблице периодической системы элементов одно и то же место, называются изотопами. Сочетание однотипных атомов образует простое вещество, сочетание разнотипных атомов образует сложное вещество. Группа химически соединившихся атомов называется молекулой. Так, например, молекула воды состоит из трех атомов: двух атомов водорода и одного атома кислорода. Молекула серной кислоты состоит из двух атомов водорода, одного атома серы и четырех атомов кислорода. В молекулах некоторых кислот содержатся сотни атомов. В молекулу белка входят тысячи атомов водорода, углерода, кислорода, азота, фосфора и серы.

Долгое время существовало мнение о том, что атомы являются первичными, неразложимыми и неизменными частями всех тел природы, откуда и произошло название «атом», что по-гречески значит «неделимый».

В конце прошлого столетия, пропуская электрический ток высокого напряжения через трубку с сильно разреженным газом, физики заметили зеленоватое свечение стекла трубки, вызванное действием невидимых лучей. Светящееся пятно располагалось против электрода, соединенного с отрицательным полюсом источника тока (катода). Поэтому лучи получили название катодных. Под действием магнитного поля светящееся пятно смещалось в сторону. Катодные лучи вели себя так же, как проводник с током в магнитном поле. Смещение зеленоватого пятна происходило также под влиянием электрического поля, причем положительно заряженное тело притягивало катодные лучи, отрицательно заряженное тело отталкивало их. Это навело на мысль, что сами катодные лучи представляют собой поток отрицательных частиц — электронов.

Приступая к изучению основного курса электротехники, мы встретимся с измерением различных электрических и магнитных величин. Для измерения этих величин существует несколько систем единиц, например: абсолютная электростатическая, абсолютная электромагнитная, международная практическая, абсолютная практическая и др.

В абсолютной электростатической системе СГСЭ, преимущественно применявшейся для измерения электрических величин, и в абсолютной электромагнитной системе СГСМ, преимущественно применявшейся для измерения магнитных величин, основными единицами являются: сантиметр (см), грамм (г) и секунда (сек).

Два наэлектризованных тела действуют одно на другое с силой, пропорциональной величине заряда или количеству электричества на этих телах и обратно пропорциональной квадрату расстояния между телами, если собственные размеры этих тел малы по сравнению с расстоянием между ними. Эта зависимость силы взаимодействия от величины зарядов и расстояния между ними была установлена опытным путем физиком Кулоном. Позднейшие исследования показали, что сила взаимодействия между зарядами зависит также от среды, в которой находятся заряды.

Опыты привели Кулона к установлению следующего закона: два физически точечных заряда q₁ и q₂ находясь в однородной среде с относительной электрической проницаемостью е на расстоянии г, действуют один на другой с силой F, пропорциональной произведению этих зарядов и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними. Физически точечными заряды называются в том случае, если собственные размеры их малы по сравнению с расстоянием между ними. В абсолютной практической рационализованной системе МКСА формула Кулона записывается в следующем виде:

Электромагнитное поле наука характеризует как особую форму материи (иначе говоря, как некоторую физическую реальность), которой присущ ряд свойств: электромагнитное поле непрерывно распределяется в пространстве, в пустоте распространяется со скоростью света (300000 км/сек) и обладает способностью силового воздействия на заряженные частицы и токи, в процессе которого энергия поля преобразуется в другие виды энергии (тепловую, механическую и т. д.). Заряженная частица обладает электромагнитным полем, однако само поле может существовать и отдельно от частицы. Примером этому служит частица (квант) света — фотон и электромагнитное поле, излучаемое антенной.

Если незаряженный изолированный проводник внести в электрическое поле, то в результате действия электрических сил поля в проводнике происходит разделение электрических зарядов. На фиг. 12 показан положительно заряженный металлический шар А, в поле которого внесен проводник Б. Свободные электроны проводника придут в движение в направлении, противоположном направлению электрического поля. В результате на конце проводника, обращенном к заряженному шару, окажется избыток электронов, обусловливающий отрицательный заряд этого конца, а на другом конце проводника окажется недостаток электронов, обусловливающий положительный заряд этой части проводника.

Как было указано выше, диэлектрик отличается от проводника отсутствием свободных электронов (точнее — относительно малым количеством свободных электронов). Электроны атомов диэлектрика прочно связаны с ядром атома.

Диэлектрик, внесенный в электрическое поле, так же как и проводник, электризуется через влияние. Однако между электризацией проводника и диэлектрика имеется существенная разница. Если в проводнике под влиянием сил электрического поля свободные электроны передвигаются по всему объему проводника, то в диэлектрике свободного перемещения электрических зарядов произойти не может. Но в пределах одной молекулы диэлектрика возникает смещение положительного заряда вдоль направления электрического поля и отрицательного заряда в обратном направлении. В результате влияния заряженного тела на поверхности диэлектрика возникнут электрические заряды. Это явление называется поляризацией диэлектрика.

Пусть мы имеем бесконечное равномерное электрическое поле. В точке М помещен заряд + Q- Предоставленный самому себе заряд +Q под действием электрических сил поля будет перемещаться в направлении поля на бесконечно большое расстояние. На это перемещение заряда будет затрачена энергия электрического поля. Потенциалом данной точки поля называется работа, которую затрачивает электрическое поле, когда оно перемещает положительную единицу заряда из данной точки поля в бесконечно удаленную точку. Чтобы переместить заряд +Q из бесконечно удаленной точки снова в точку М, внешние силы должны произвести работу А, идущую на преодоление электрических сил поля. Тогда для потенциала точки М получим:

Сообщение электрического заряда проводнику называется электризацией. Чем больший заряд принял проводник, тем больше его электризация, или, иначе говоря, тем выше его электрический потенциал.

Между количеством электричества и потенциалом данного уединенного проводника существует линейная зависимость: отношение заряда проводника к его потенциалу есть величина постоянная:

На практике необходима изоляция токоведущих частей электрических установок от заземленных частей, а также между собой. Это нужно для того, чтобы направить ток по пути, предусмотренному электрической схемой установки.

В технике применяют твердые, жидкие и газообразные диэлектрики. Твердыми диэлектриками являются фарфор, слюда, резина, стекло и др. В качестве жидких диэлектриков применяют трансформаторное, кабельное и конденсаторное масло, синтетические жидкости — совол и совтол. Наиболее часто в качестве газообразного диэлектрика применяется воздух.