1-1-1 原子理論
將物質以物理方法分割，而未變更其原來物質特性之最小微粒者稱為分子（molecule）。
再將分子以化學方法分解，使其失去原來物質特性之最小微粒者稱為原子（atom）。
圖1-1-1 原子構造圖
基本原子包含由中子（neutron）及質子（proton）所組成的原子核（atomic nucleus）與一群環繞在外圍軌道之電子（electron）
電子帶負電，質子帶正電，電子數=質子數=原子序，電子與質子電荷相等、極性相反，所以原子為電中性，即淨電荷為零。
電子環繞原子核的分散軌道稱爲層（shell），由內而外分別用K、L、M、N等表示之，各層電子數有其最大的之限制，如公式(1-1-1)所示：(此公式僅適用到第四層)
原子之最外層稱爲價層，在此層之電子稱為價電子。矽及鍺之價電子有四個，所以其原子價=4；銅之價電子有一個，所以其原子價=1，元素價電子最多不會超過8個。
圖1-1-2 矽、鍺、銅之原子構造圖
1-1-2 導體、絕緣體及半導體
最外層電子易受外面能量(如熱、光、磁等)影響，使其脫離原子，脫離原子的電子稱為自由電子。
一般金屬材料其價電子數＝1，可視為優良的導電材料。
一般非金屬材料如雲母、玻璃、橡膠等，其化合後之價電子數＝8，稱為八隅體，自由電子甚少，不易導電，可作為良好的絕緣體材料。
有些材料如矽（Si）、鍺（Ge）等其價電子數＝4，其導電性介於導體與絕緣體間，適合做半導體材料。
1-1-3 正離子及負離子
失去電子之原子呈現出帶正電荷，稱為陽離子（cation）或正離子。
若原子獲得其他鄰近原子釋放出之電子，則此原子呈現出帶負電荷，稱為陰離子（anion）或負離子。
能量的種類很多，如電能、位能、動能、化學能、聲能、核能、磁能等等。
宇宙間能量不滅，我們不能毀滅能，也不能產生能，只能夠把能從一種形式改變到另一種形式，以適合我們的需要。
功
在有力作用的地方，就有功
具體形式就是距離的變動
功的效果是多樣的，像電燈發亮、電梯上升等等。
功是施給物體一定的力（F），使物體沿力的方向移動，其移動距離為S，力乘於移動的距離，稱為功。
功與能量之符號同為W，在SI單位制之單位爲焦耳（Joule，J），等於牛頓-公尺（N-m），亦可轉換為公斤-公尺（kgw-m），如下所示：
1J = 1N-m =1/9.8 kgw-m (其中 1kgw = 9.8N)
在電能方面，實用的電能單位是仟瓦小時(kWh)。
1-4-1 靜電荷
當物質失去電子時，該物質即帶正電荷（positivecharge）；反之，當獲得電子時，該物質即帶負電荷（negativecharge）。
帶電體內所含電荷（electric charge）的數量稱爲電量，符號為Q，以庫侖（C）爲單位。
1庫侖=6.25X10^18個電子
換言之：1個電子=1/( 6.25×10^18)庫侖=1.6×10^-19庫侖。
我們可藉由不同物質摩擦生熱，而使這些物質分別帶正、負電荷。
例如：將絲綢與玻璃棒摩擦時，玻璃棒之原子中有部分電子因獲得足夠熱能而脫離軌道，移到絲綢的原子內，因此摩擦後玻璃棒帶正電，而絲綢帶負電。若再以貓皮與塑膠棒摩擦後，貓皮帶正電而塑膠棒帶負電。
以上之摩擦產生静電，適用於絕緣體。
圖1-4-1 兩根均為正電荷之玻璃棒互相排斥現象
圖1-4-2 分別帶正負電荷之玻璃棒與塑膠棒相吸現象
1-4-2 靜電感應
將帶正電荷的玻璃棒靠近金屬棒，則在靠近玻璃棒的一端感應出負電荷；而另一端感應出正電荷。此種使導體正負電荷產生暫時分離的現象，稱為靜電感應。
電壓（voltage）是電位（potential）、電位差（potential difference）、電動勢（electromotive force）及電壓降（voltage drop）之通稱，其單位為伏特（volt），符號為V。
水位：以海平面為基準，水池A的水位是海拔200公尺，水池B的水位是海拔50公尺
電位：以大地為基準，電路中任一點對地之電位差，即為該點的電位。
VA表示A點之電位，VB表示B點之電位
VAB為AB兩點之電位差，即VA-VB
圖1-5-3 水位及水位差圖解
1-5-2 電動勢及電壓降
水因聯通管原理，當閥打開後，AB水位會相同。
電的情形完全相同，將不同電位之兩點用導線連接起來，電荷就在導線間移動，產生電流。
圖1-5-5 水位與水流之關係
1伏特（V）之電壓等於移動1庫侖之電荷做1焦耳（J）之功（工作）。
換言之，外加V伏特之電位差使Q庫侖之電荷移動時，其做功W=QV，因此電壓定義為：
單位庫倫之電荷，自元件一端移至另一端時所做的功
即如公式(1-5-1)所示。
圖1-5-7 電壓之定義說明
電動勢是驅動電荷移動的原動力，其電流流動方向是由電動勢高電位流出，低電位流入。
電動勢具有供給電能的能力，又稱為電源或主動元件，如發電機、電池等等。
當電動勢驅使電流流經被動元件（又稱負載），在被動元件兩端的電壓（V）稱為電壓降，其電流方向由被動元件的高電位流入，低電位流出。
產生電壓降之元件為消耗電能，稱為被動元件或負載，如電阻器、電燈、冷氣機等等。
圖1-5-8 電動勢及電壓降說明圖
1-7-1 功率
運用能量即可做功，而單位時間所做的功或消耗的能量，稱為電功率（electrical power），代號為P，單位為瓦特（W）。而1瓦特表示每秒做1焦耳的功。
1馬力（horsepower,hp）
一匹強壯的馬在1秒鐘將76公斤重物提升1公尺所做的功。
馬力與瓦特之關係如下:
1馬力：大約=746瓦特=3/4仟瓦特
圖1-7-2 1馬力的定義
1-7-2 電能
在電路中，若兩點間之電位差為V 伏特，則將Q 庫侖之電荷自一點移至另一點所做的功，稱為電能，以W 表示，單位為焦耳。
圖1-7-3 系統的能量轉換
1-7-3 效率
任何形式之系統，可將輸入之能量轉換成有用的工作能量的能力稱為「效率」（efficiency），代號為η，故效率可定義為輸出能量對輸入能量之比值，並以百分率來表示。
