Lihtsaim elektrinähtus, mida me kõik kindlasti kogenud oleme, seisneb kehade elektriseerumises nende vastastikusel hõõrdumisel. Elektriseerunud kehade vahel mõjub jõud. Näiteks liibub kuivale nahale kunstkiust valmistatud särk. Pärast pestud ja kuivade juuste kammimist tõmbuvad juuksed kammi külge. Elektriseerunud kehade kohta öeldakse ka, et nad on laadunud või omandanud elektrilaengu.

Elektrilaeng ehk edaspidi lihtsalt laeng (tähis q või Q) on mingit keha iseloomustav füüsikaline suurus. Laeng näitab, kui tugevasti keha osaleb elektromagnetilises vastastikmõjus. Laengu olemasolu kehal saab kindlaks teha vaid elektri- ja magnetjõudude põhjal.

Sõna laeng kasutatakse õige mitmes tähenduses. Esiteks nimetatakse laenguks keha omadust osaleda elektromagnetilises vastastikmõjus. Rääkides elementaarosakese laengust, peame silmas selle osakese omadust osaleda elektri- ja magnetnähtustes. Sõna laeng teine tähendus on nimetatud omadust kirjeldav füüsikaline suurus. Kõneldes laengu suurusest, rõhutame laengu mõõtmise võimalikkust. Laengu kui suuruse mõõtmine on aga tegelikult kehade võrdlemine nende laengu kui omaduse põhjal. Peale selle mõistetakse füüsikas laengu all ka niisuguste osakeste kogumit, millel on olemas laeng kui omadus. Näiteks räägitakse ruumi mingis osas paiknevast laengust või siis laengu liikumisest. Neid väljendeid tuleb aga käsitleda lühenditena. Tegelikult on jutt ikkagi laengut omavate osakeste paiknemisest või liikumisest.

Juba 9. klassi Elektriõpetusest teame, et looduses on kahte liiki laenguid. Neid on kokkuleppeliselt hakatud nimetama positiivseteks ja negatiivseteks. Selline nimetusviis võimaldab laengu liiki väljendada märgiga arvväärtuse ees (+ või –).

Meile mehaanika kursusest tuttav gravitatsioonijõud on ainult tõmbejõud. Samas tuntakse ka vaid ühte liiki “gravitatsioonilaengut”, mida on kombeks nimetada massiks. Elektrijõud võivad aga olla nii tõmbe- kui tõukejõud. Seega peab ka laenguid olema kahte liiki. Laengu arvväärtus määrab jõu suuruse, märk aga suuna. Samanimeliselt laetud kehade vahel mõjub tõukejõud, erinimeliste laengute korral aga tõmbejõud.

Elektrit mittejuhtiva niidi otsas rippuvat kerget metall­fooliumist keha nimetatakse sageli elektripendliks. Ka meie toimime edaspidi nii.

Füüsikalise looduskäsitluse aluste (FLA) kursuses õpitud atomistliku printsiibi põhjal teame, et ainel on olemas osakesed, mis pole jagatavad veel väiksemateks osakesteks. Kuna laeng on osakese omadus, siis ei tohiks ka laeng olla kuitahes väike.

J.1.3 Robert Andrews Millikani katse on oma olemuselt ühtaegu lihtne ja geniaalne - väga väikeste laengute mõõtmiseks on väga raske leida piisavalt tundlikku mõõteriista. Aga elementaarlaengutele mõjuvat elektrijõudu oli võimalik võrrelda õlipiiskadele mõjuva raskusjõuga.	Robert Andrews Millikani katse on oma olemuselt ühtaegu lihtne ja geniaalne - väga väikeste laengute mõõtmiseks on väga raske leida piisavalt tundlikku mõõteriista. Aga elementaarlaengutele mõjuvat elektrijõudu oli võimalik võrrelda õlipiiskadele mõjuva raskusjõuga.

Laengu jagatavuse küsimust asus 20. sajandi algul uurima ameerika füüsik Robert Andrews Millikan. Ta vaatles mikroskoobi abil tillukesi laetud õlipiisku, millele mõjus vertikaalselt üles suunatud elektrijõud. Kui see jõud tasakaalustas piisa raskusjõu, jäi piisk mikroskoobi vaateväljas seisma.

Olles mõõtnud piisa ruumala ning teades õli tihedust, suutis Millikan määrata piisa massi ja raskusjõu, järelikult ka elektrijõu. Selle põhjal leidis Millikan piisa laengu. Ta märkas peagi, et kõik tema katsetulemused olid mingi kindla laengu väärtuse täisarv-kordsed.

Vähimat katseliselt tuvastatavat laengu väärtust on hakatud nimetama elementaarlaenguks (e). 20. sajandil tehti kindlaks, et kõigi ainete aatomid koosnevad prootonitest, neutronitest ja elektronidest. Prootonid ja neutronid moodustavad aatomi tuuma, mille ümber liiguvad elektronid. Prootonil on laeng +e, elektronil –e, neutronil laeng puudub. Seega on iga keha laengu suurus nende osakeste laengute summa.

Keemiast teame, et aatomi tuum käitub keemilistes reaktsioonides stabiilse tervikuna. Aatomi kuuluvus kindlale elemendile on määratud prootonite arvuga tuumas. Neutraalses aatomis on elektrone ja prootoneid ühepalju. Elektronide lisandumisel aatomisse moodustub negatiivne ioon ja elektronide lahkumisel positiivne ioon. See võimaldab mõista kehade elektriseerumist hõõrdumisel. Sõltuvalt vastavate ainete aatomite ehitusest võivad väliskihi elektronid ehk valentselektronid ühelt kehalt teisele üle minna. Keha, mis saab elektrone juurde, laadub negatiivselt. Seevastu keha, millelt elektronid ära rebiti, laadub positiivselt, sest tema aatomi­tuumade positiivne laeng on osaliselt tasakaalustamata. Elementaarlaenguga osakeselt ei saa tema laengut ära võtta nii nagu elektriseerimisel rebitakse kehalt lahti elektrone. Laeng on osakesele sama kindlalt omane suurus nagu mass. Kui näiteks elektronil ei oleks laengut –e, siis ta polekski enam elektron. Negatiivse elementaarlaengu olemasolu on üks tunnustest, mis määrab elektroniks nimetatava osakese. Elementaarlaengu jagamatuses avaldub atomistlik printsiip.

Mehaanikast teame, et impulss ja energia on suletud süsteemis jäävad suurused. Elektrinähtuste uurimisel selgub, et ka elektrilaeng on jääv. Laeng ei teki ega kao. Kehade süsteemi kogulaeng saab muutuda vaid laetud osakeste sisenemisel süsteemi või väljumisel sellest. Kui laetud osakeste niisugust liikumist ei toimu, nimetatakse süsteemi elektriliselt isoleerituks. Tegemist on tüüpilise suletud süsteemiga. Selle mõistega tutvusime juba Füüsikalise looduskäsitluse aluste kursuses.

Laengu jäävuse seadust pole kuigi lihtne rangelt tõestada. Vastavas katses peaks ju mõõtemääramatus olema väiksem elementaarlaengust. Paljud erinevad elektrinähtused on aga seletatavad vaid lähtudes laengu jäävusest. Seetõttu usuti laengu jäävuse seaduse kehtivusse juba ammu enne elektronide ja prootonite avastamist.

Selgeid viiteid laengu jäävuse seadusele leiame keemiast. Tervikuna neutraalne keedusoola (NaCl) kristall dissotsieerub lahustumisel vees positiivseteks naatriumi ja negatiivseteks kloori ioonideks (Na⁺ ja Cl_–), mida tekib ühepalju.

Laengu jäävuse seadus sai füüsikas lõpliku kinnituse alles osakeste vahel toimuvate muundumisreaktsioonide uuri­misel. Selgus, et laetud osakeste teke või kadumine nendes reaktsioonides on võimalik vaid paarikaupa. Uue positiivse osakese tekkimisel ilmub ka negatiivne osake. Nii näiteks tekivad vaba neutroni lagunemisel üheaegselt positiivne prooton ja negatiivne elektron (J.1.4). Neutron ongi siin see elektriliselt isoleeritud süsteem, millest oli juttu eespool.

Laengu jäävus väljendab maailma üldist keskmist elektrilist neutraalsust. Kujutlegem hetkeks, mis juhtuks, kui kõigis kehades oleksid ühte liiki laenguga osakesed ülekaalus. Sel juhul mõjuksid ju kõigi kehade vahel elektrilised tõukejõud. Seda me aga looduses ei näe. Meid ümbritsevad kehad on tavaliselt neutraalsed. Positiivse ja negatiivse laenguga osakesi on neis ühepalju. Kui üks keha saab positiivse laengu, siis laadub mingi teine keha negatiivselt. Kehade laengute summa jääb muutumatuks. Aga see ju ongi laengu jäävus.

Niisiis kehtib laengu jäävuse seadus: elektriliselt isoleeritud süsteemi kogulaeng on jääv suurus.

Hõõrdeelektrit uurides märkame kohe, et ained erinevad oma elektrijuhtivuse poolest. Kui näiteks kuivad juuksed kammi külge tõmbuma hakkavad, siis võime sellest jagu saada kammi niisutades. Seega on kraanivesi elektrit juhtiv aine. Läbi tema lahkuvad laetud osakesed kammilt. Puhas (destilleeritud) vesi aga ei juhi elektrit. Samuti ei õnnestu meil tavaliselt hõõrumise teel laadida märgi esemeid ja metallkehi, sest tasakaalustamata laeng lahkub neilt. Laenguga osakesed liiguvad läbi eseme ja seejärel läbi meie käte.

Inimkeha juhib elektrit suhteliselt hästi. Metalleset ei õnnestu hõõrumise teel elektriseerida just seetõttu, et nii ese kui ka seda hoidev käsi juhivad elektrit. Olles tõmmanud kätte kummikinda, võime elektriseerida ka metalleset. Kummi elektrit ei juhi ning laeng püsib esemel.

Põhikooli Elektriõpetusest teame, et metall ja kraanivesi sisaldavad arvukalt liikumisvõimelisi laetud osakesi ehk vabu laengukandjaid. Sõnaga vaba tähistame seejuures laetud osakese võimet liikuda elektrijõudude toimel kogu vaadeldava keha või ainekoguse piires. Nagu kõik aineosakesed, nii osalevad ka laengukandjad kaootilises soojusliikumises. Kui aga neile mõjub kindla suunaga elektrijõud, hakkavad nad täiendavalt liikuma ka selle jõu mõjul.

Vabade laengukandjate sisalduse järgi jagunevad ained kolme rühma: juhid, dielektrikud (ehk mittejuhid või ka isolaatorid) ja pooljuhid.

Juhid on ained, milles vabade laengukandjate arv on väga suur. See ei erine oluliselt aatomite (või molekulide) üldarvust. Tüüpilised juhid on metallid, kuna valentselektronid pole neis seotud ühegi kindla aatomiga ja on järelikult vabadeks laengukandjateks. Elektrit juhtivates vedelikes (näiteks kraanivees) täidavad vabade laengukandjate osa keemiliste lisandite ioonid.

Dielektrikud ehk mittejuhid sisaldavad väga vähe vabu laengukandjaid ning seetõttu on neis tekkiv elektrivool reeglina väga nõrk. Vabade laengukandjate puudumine gaasilises või vedelas dielektrikus on enamasti põhjustatud sellest, et dielektriku aatom või molekul on elektriliselt neutraalne süsteem. Elektrijõud ei suuda laetud osakesi sellest süsteemist välja rebida. Tahke dielektrik võib küll koosneda erimärgiliselt laetud ioonidest, aga elektrijõud ei suuda neid liikuma panna.

Pooljuhid on saanud oma nime vahepealse elektrijuhtivuse järgi juhtide ja dielektrikute kui kahe äärmuse vahel. Laengukandjad ei ole pooljuhtides küll alati vabad, kuid neid saab suhteliselt kergesti vabadeks muuta. Seetõttu on pooljuhtidele iseloomulik vabade laengukandjate arvu tugev sõltuvus temperatuurist, pealelangevast valgusest, lisandite sisaldusest põhiaines jne. Pooljuhi elektrijuhtivus on nende tingimuste muutmise teel reguleeritav. See pooljuhtide väärtuslik omadus leiab laialdast kasutamist nüüdisaegses elektroonikas.

Kindlaid piire ainete kolme rühma vahel pole. Näiteks on metallis vabade laengukandjate arv aatomite üldarvust tavaliselt suurem, sest aatomil võib olla väliskihis mitu elektroni, mis saavad muutuda vabadeks laengukandjateks. Ainet loetakse aga juhiks veel ka siis, kui mitme tuhande aatomi või molekuli kohta tuleb vaid üks vaba laengukandja. Nii on see näiteks kraanivee korral. Pooljuhtides on vabade laengukandjate arv aatomite arvust väiksem ligikaudu miljon korda, dielektrikutes aga reeglina üle miljardi korra.

Veel tuleb märkida, et sõna juht kasutatakse nii elektrit juhtiva aine kui ka sellest ainest valmistatud keha tähistamiseks.

Laengukandjate suunatud liikumist nimetatakse elektrivooluks.

Voolu tekkimiseks on vajalik nii vabade laengukandjate olemasolu kui ka nende liikumist põhjustav jõud. Elektrivoolu iseloomustavaks suuruseks on voolutugevus I. Voolutugevus näitab, kui suur laeng läbib ajaühikus juhi ristlõiget

Ristlõike all mõistetakse seejuures voolu suunaga ristuva lõike pinda (J.1.5). Voolu suunaks on kokkuleppeliselt valitud positiivsete laengukandjate liikumise suund. Negatiivsed laengukandjad (näiteks elektronid metallis) liiguvad seega voolu kokkuleppelisele suunale vastupidises suunas (J.1.6).

On oluline mõista, et pole üldse tähtis, kumma märgiga laengukandjad reaalselt aines liiguvad. Nii positiivsete laengukandjate liikumine paremale kui negatiivsete liikumine vasakule joonisel 1.6 tähendab üht ja sedasama voolu suunda. Liikuvate laengukandjate märgi määramine on võimalik vaid keerulisemates katsetes. Tavalise vooluringi korral me laengukandjate märki teada ei saagi, aga see asjaolu ei sega vooluringide uurimist.

Voolutugevuse ühikuks on üks amper (1 A). Amper on SI elektriline põhiühik. See tähendab, et kõik teised elektriliste suuruste mõõtühikud tuletatakse tema abil. Amper defineeritakse vooluga juhtmete magnetilise vastastikmõju kaudu (p.1.4.2). Voolutugevuse I leidmiseks peame juhi ristlõiget läbiva laengu q jagama selleks kuluva ajaga t (valem 1.1 ). Laeng ise on seega esitatav voolutugevuse ja aja korrutisena

Viimase seose põhjal on defineeritud elektrilaengu SI-ühik üks kulon (1 C). Kui voolutugevus juhis on üks amper, siis läbib ühe sekundi jooksul juhi ristlõiget laeng suurusega üks kulon. Järelikult

Elementaarlaengu väärtus on 1,6021892·10^-19 kulonit. Prak­ti­listes arvutustes piisab reeglina täpsusest

Üks kulon on väga suur laeng. Kammi või klaaspulka elektriseerides anname talle laengu, mille suurusjärk on üks nanokulon kuni üks mikrokulon (1 μC = 10^-6 C). Ta­be­lis 1.1 on toodud mõned iseloomulikud voolutugevused.

Maksimaalset laengut, mille vooluallikas suudab vooluringist läbi viia, nimetatakse sageli vooluallika mahutavuseks (mitte mahtuvuseks!) ja teda mõõdetakse amper-tundides. Kui voolutugevus juhis on üks amper, siis läbib ühe tunni jooksul juhi ristlõiget laeng üks amper-tund (1 A·h).

Kuna ühes tunnis on 3600 sekundit, siis 1 A·h = 1 A·3600 s = 3600 C.