2.1 电学基础知识
2.1.1 电场与电势
（1）电荷与库仑定律。电是一种笼统的说法，实际上通常所说的“电”指的是电荷，它来源于原子内部。物体含有等量的两种电荷：正电荷和负电荷。由于电荷的这种平衡，物体是呈电中性的。如果两种类型的电荷不平衡，则有净电荷，我们就说物体带电，以表明其电荷的失衡或有净电荷。
就像质量一样，电荷也是粒子的基本性质。原子中电子带负电荷，质子带正电荷，大小都为e。元电荷e是自然界的重要常量之一（e=1.60×10-19C）。虽然夸克和反夸克具有±e/3或±2e/3的电荷，但很明显它们不能被单独探测到，所以不把它们的电荷取为元电荷。
如果想让一个物体带电，可以通过摩擦、感应、加热、光照等方式使电子在物体间转移。粒子失去电子带正电，得到电子带负电。电子或荷电粒子的定向移动形成电流。当然，如果质子能从原子核里跑出来，物体也会带电，不过实际中很少有这样的情况发生。
实验证明，当一种电荷出现时，必然有等量的异号电荷出现；当一种电荷消失时，也必然有等量的异号电荷同时消失。例如用丝绸摩擦玻璃棒时，正电荷出现在棒上，等量的负电荷必然出现在丝绸上。在一个与外界没有电荷交换的系统内，不论发生什么样的过程，系统内一切正、负电荷的总和是保持不变的，这就是电荷守恒定律。
设两个相距r的点电荷具有电量q1和q2，则它们之间吸引或排斥的静电力大小为：
式中，ε=ε0εr，表示电荷所在介质的介电常数；ε0为真空介电常数；εr为该介质的相对介电常数。上式以法国物理学家库仑名字命名，叫做库仑定律。
（2）电场。将带电体置于空间，其周围空间将发生电性改变（称为场的畸变），其他带电体会因此而感受到力的作用，这种发生电性改变的空间叫做电场。
电场已被证明是一种客观实在，它也具有能量、质量和动量，它以光速运动（或传播）。现代量子场论明确指出，物质存在的两种基本形式中，场比微粒更为基本。
电场的基本性质是对场中的其他电荷施有作用力，于是电荷之间通过电场相互作用。具有电量q的点电荷产生的场强为：
均匀带电球壳内部场强为零，如果带电粒子放在均匀带电球壳的内部，则它不受来自球壳的静电力作用。均匀带电球壳吸引或排斥球壳外的带电粒子，就好像全部的球壳电荷都集中在其中心一样，即其外部场强与电荷都集中球心产生的场强相同。
（3）电势能、电势、电势差。与物体在重力场中具有重力势能一样，电荷在电场中也具有相应的电势能。当电荷的位置变动时，电场做功，电势能随之改变。我们用电场力的功作为电势能变化的量度。电势能的减少量等于电场力所做的功。电势能是一个相对量，要决定电荷在电场中某一点的电势能，必须先选择一个参考点，并设该点的电势能为零。一般这个参考点可任意选择。
在电场中，逆向施加与电场力平衡的外力把+1C的试探电荷从零电势参考点（一般选无穷远处为零电势参考点）沿任意路径移到场点A，此过程中外力做的功定义为A点的电势VA。或者说，A点的电势VA为把单位正电荷从场点A沿任意路径移到无穷远处电场力作的功。当外力做功为1J时，VA=1V，即1V=1J·C-1。
试验电荷在任何静电场中移动时，电场力做的功仅与这个电荷的电量以及起点和终点位置有关，与路径无关。在电场力推动下，正电荷从电势高处向低处移动，负电荷从电势低处向高处移动。因为电场力做功电势能减少，所以，对于电子来说，电势升高，电势能降低；电势降低，电势能升高。
任意两点A和B的电势之差称为电势差，通常也称为电压。即A、B两点间的电势差等于把单位正电荷从A点移到B点电场力所做的功。应当指出，电势只有相对意义，而电势差却有绝对意义。改变所选择的零电势参考点的位置，电场中各点的电势数值将随之改变，但两点之间的电势差却与零电势参考点的选择无关。
2.1.2 导体及其在电场中的性质
能导电的物体称为导体。电化学体系离不开导体。因此，在讨论电化学体系以前，应当先了解导体的性质。
有些导体靠电子传送电流，可称之为电子导体或第一类导体。金属、碳材料（如石墨、乙炔黑、石墨烯等）、半导体、高分子导电聚合物（如聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺等）等都属于这类导体。另一类导体靠离子移动实现导电，称为离子导体或第二类导体，例如电解质溶液、熔融电解质、室温离子液体、无机固体电解质、聚合物电解质等。电化学的电极体系就是由一个电子导体（电极）和一个离子导体（电解质）相接触而构成。
导体和电介质（也称绝缘体）在电性质方面的差异是巨大的，导体有载流子——自由电子或离子，而绝缘体没有。一般金属良导体的电导率要比玻璃、塑料等电介质大1020倍。
导体中存在可在电场作用下移动的电荷。当这些电荷受电场力作用时，会产生有规则的定向运动，形成电流。当这些电荷不做宏观的定向运动，即导体无电流时，我们说导体处于宏观的静电平衡状态。导体处于静电平衡就要求导体内的电荷不受电场力作用而移动，即导体内各处的电场强度必须为零。
从导体内部各处的场强为零这一必要条件出发，可以推论、概括出静电平衡时导体的电场和电荷分布情况：①导体是等势体，导体的表面是等势面；②导体表面任一点的场强方向都垂直于该点表面；③导体内部不带电，如果导体带电或出现感应电荷，这些电荷只能分布在导体表面；④导体表面任意处的面电荷密度均与该处的场强成正比。
两个互不连接的导体构成的闭合、或近似闭合的导体空腔称为电容器，这两个导体称为电容器的两极板。例如平行板电容器、同轴柱形电容器等。电容器的电容是使电容器两极板之间具有单位电势差所需的电量。电容描绘电容器储存电能的能力，取决于电容器的形状、大小、相对位置等几何性质，与是否带电、带电状态如何无关，与外围其他带电体亦无关。电容器的电容还与其中填充的电介质的电容率有关。