电是哪些？电荷是哪些？
电究竟是哪些？这是初学这方面知识的人一定会问的问题。
假如问力究竟是哪些，稍有生活经验的人恐怕都能给出自己的描述式理解，学过学校数学的人都会列举弹力、浮力、万有引力等力的具体实例来企图更清晰地回答这个问题。他的观众常常也并不会认为，通过这种司空见惯的现象来认识力的概念，这样的过程有哪些困难和问题。
然而，假如问电究竟是哪些，要解释这个问题就相当困难了。大多数人一般会利用雷电、摩擦起电等现象来企图进行解释。好吧，我们暂且觉得这样的解释就能在大多数情况下蒙混过关（虽然从生活经验上说，体验过触电以后能够在生理上有条件向他人描述体会的人终究只是极少数【作者诚恳警示：非专业人士切勿尝试！在电磁互相作用面前，不具有任何充分有效的安全举措的盲目地尝试，都足以逼死人！】，但体验过被人使劲辱骂甚至推倒的人却几乎四处都有）。其实学过学校数学的人都会告诉你，雷电是电压的一种方式，电压是大量电荷的定向运动，而磨擦起电是因为电荷发生了转移。于是，这个问题又转化为另一个更深刻的问题：电荷究竟是哪些？
电磁学理论回答这个问题了么？可以说回答了，也可以说没有回答。
虽然是在麦克斯韦的《电磁通论》中，也一直是通过磨擦以后的玻璃或则树胶就能彼此形成吸引或推斥这样的现象来引入“物体带了‘电’，而且自然界有两种‘电’”这一概念的（这样的方法仍然被现在的学校甚至学院数学教材广泛承袭）【参见：[英]麦克斯韦.电磁通论[M].戈革,译.上海:上海学院出版社,2010:25.】。定性地认识到存在着这样的现象以后，怎么定量地描画这个现象呢？其实须要利用一些已知的观测手段，比如检测两个带电物体之间存在的斥力的大小和方向（这正是库仑等先辈们当初做过的事情）进而通过对斥力的描画来间接地描画这样的现象（这样的研究方式劝告着我们：不可能不依靠任何互相作用而孤立地去研究某种自然现象）。这样的斥力其实必然跟这两个带电物体自身密切相关，并且有充分的证据证明它并不与这两个带电物体的质量有哪些关联。若果不然，不管从逻辑上还是从实验上，它一定可以而且早就以某种方式起码部份地归并到牛顿时代就已经相当确切地认识到的万有引力中去了。
最后这句话意味着，带电物体间存在的这些斥力与它们之间同样存在的、早已被认识到的万有引力，是两种迥然不同的、各自独立的互相作用，而导致这一区别的缘由，就是物体“带电”了。接出来就须要通过某个概念来描述物体“带了哪些样的电？带了多少电？”。与精典热学使用引力质量这一概念来描述物体间的万有引力互相作用完全相像地，电磁学理论中使用了电荷这一概念来描述带电物体间的这些因为“带电”而引起的互相作用而且还定义了这一数学量的单位（历史上这样的单位有若干种不同的定义，旁边会详尽介绍），虽然起码在操作层面解决了刚才提出的描述物体“带了哪些样的电？带了多少电？”的问题。从这个意义上说，电磁学理论的确回答了“电荷究竟是哪些”的问题：“电荷”就是个拿来描述物体“带了哪些样的电？带了多少电？”的特点的概念。
有了这样的基础，如今尝试回答一下“什么是电”的问题。“电”这个概念的实质是在描述“通过磨擦以后的玻璃或则树胶才能彼此形成吸引或推斥这样的现象，但是没有被磨擦过的玻璃或则树胶是不会有这样的现象的，这就表明磨擦之后的玻璃或则树胶一定具有了某种不一样的特点”。这样的特点，就是“电”，用更现代的语言来描述电子守恒定律的应用，就是“摩擦以后的玻璃或则树胶”带了“电”，或则说具有了“电性”。
其实哲学家们都会企图进一步求索这种概念在哲学意义上的本质，并且电荷的（哲学意义上的）本质其实不是电磁理论，也不是数学学所关注的，正如精典热学并不关注质量的（哲学意义上的）本质一样。数学学关注的，是怎样描述这样的现象，以及为什么会形成这样的现象（现代数学学一直在企图从更基本的观点出发来理解物体为何会有质量、电荷等等这种特点）。在这个意义上，电磁理论并没有回答为何一个物感受有“电性”的问题。
电荷是描述物体参与电磁互相作用能力的量度
现代数学学的主流观点觉得，一切运动和变化都是物质之间各类互相作用的彰显。物体与物体之间的引力互相作用彰显出物体具有引力质量，物体与电磁场的互相作用彰显出物体具有电荷量，换言之电荷量是物体参与电磁互相作用的能力的量度。一个物体既才能参与引力互相作用，也才能参与电磁互相作用。对于这个物体来说，描述它参与引力互相作用的能力的数学量是引力质量，描述它参与电磁互相作用的能力的数学量则是电荷量，一般也简称为电荷。既然电磁互相作用独立于引力互相作用，物体的电荷量其实独立于其引力质量。
利用软件工程学中主流的面向对象方式论，可以把上述表述改写为：任何物体都是一个对象，引力互相作用表明了这个对象有一个内在属性称作（引力）质量，电磁互相作用同样表明这个对象有另一个内在属性称作电荷量。
众所周知,电荷量的取值规定为：正电荷取正值，负电荷取负值。在国际单位制（SI制）中，电荷量的单位为库[仑]，记为。
既然“电荷”这个概念仅仅是物体参与电磁互相作用能力的量度，它就不是某种可以脱离具体的物体而孤立存在的东西。一般我们说研究某电荷，实际上是在说研究某质量为，具有电荷量的物体，只不过质量（以及物体的颜色、形状、电荷在物体上的具体分布等等你所能想到的全部其它特征）对于要研究的问题来说完全毋须要或则不值得考虑（其实这取决于所研究的问题的具体内容和要求），因而才有了点电荷（当须要明晰强调质量时，亦称为带电质点）这一理想模型。
本书的作者倾向于在描述物体具有的电性时，尽可能避开使用“携带”这类词。由于这类词大几率地会让初学者以为电荷是独立于物体而存在的某种东西，因而错误地将物体“带了电”理解为这个物体携带了这些叫电荷的东西，物体“不带电”理解为这个物体不携带这些叫电荷的东西。
“电荷”是否真实存在？正如前面的讨论，“电荷”仅仅是物体具有的众多特点或属性之一，而不是物体本身。只要电磁互相作用一直在自然界中存在，数学学就必然须要一个概念来描述物体参与电磁互相作用的能力。换言之，只要这个概念被拿来描述物体所具有的这一能力，不管概念本身用哪些样的词汇来标记，它在数学上的意义就会与现有的“电荷”概念完全等效。
只有两种电荷：正电荷和负电荷
自然界只存在两种电荷。一般在数学学书籍中常常采用以下描述：“用丝绸磨擦过的玻璃棒所带的电荷称为正电荷，用毛皮磨擦过的橡胶棒所带的电荷称为负电荷”来引入两种电荷的定义。这一方法似乎描述得很清晰但却很不具有可操作性。
大量数学学实验和现代物质结构理论都表明，任何物体在微观层次上都是由大量的带电粒子组成的电子守恒定律的应用，宏观上“带正电”、“带负电”还是“不带电”通常取决于这个物体内是带正电的质子多一些还是带负电的电子多一些还是恰好一样多。对于宏观物体，绝大多数情况下根本不须要考虑电中性的中子（以及可能存在的其它这些寿命极短的粒子）的影响。这就把描述物体“带了哪些样的电？带了多少电？”的问题转化为数一数物体内部的质子数和电子数的问题，理论上完全可以把某个物体的带电情况用类似这样的句子来描述：“物体A所带的电子数比质子数多1个”。这儿只须要关注数目的根本缘由是1个质子所带的正电荷量和1个电子所带的负电荷量严格相等，这其实不是“巧合”而是有坚实的实验基础的，现代数学学也对此给出了更深刻的理论解释。
至于质子和电子谁带正电、谁带负电，纯粹是一种沿袭至今的约定【最先提出这一约定的正是富兰克林，只不过他的原始观点是规定正电荷运动方向为电压方向，这才导致了后来发觉的电子带上了“负电”。】（完全可以规定质子带1个单位负电荷，电子带1个单位正电荷，数学学理论中所有与正电和负电相关的地方相应地进行更改就可以了）。按现代物质结构理论给出的解释，丝绸磨擦过的玻璃棒会带正电的缘由是磨擦过程导致了玻璃棒内的一部份电子转移到了丝绸上，造成玻璃棒所含质子数小于电子数，从而宏观上带了正电。毛皮磨擦过的橡胶棒带负电的诱因也是完全类似的。
另一个很有意思的问题：描述引力互相作用的质量是一个非负实数，意味着“质量荷”只有一种。描述电磁互相作用的电荷，却有正电荷、负电荷两种。现代原子核化学中描述强互相作用的色荷则有三种。这是为何呢？有没有可能存在某种未知的互相作用，描述它的“荷”有四种？
电荷守恒定理与基本电荷
大量的实验都表明，在一般的互相作用过程中，参与互相作用的体系的总电荷量保持不变，这称为电荷守恒定理。
按现代数学理论，这一定理有一个最直接的解释：只要互相作用中完全不存在质子和电子等基本粒子的形成和消失【严格的术语应该为“湮灭”，此处为简单起见改用为容易被更多人理解的“消失”一词】过程，无论互相作用本身是何种表现方式，参与互相作用的整个体系的各种粒子总量以及总电荷量必然是不变的。换句话说，假如互相作用过程中出现了质子或电子（以及中子等其他粒子）的形成和消失过程，那就必然不再满足这一守恒定理，同时也不再属于电磁学理论能描述的范围。
基于上一节的阐述可知，对物体带电情况的描述，基本与数一数物体内部的质子数和电子数孰多孰少是同一个问题。在电磁互相作用中，既然质子和电子没有发生形成和消失的过程（其实更没有粒子内部发生变化的过程），那就必然只是一定数目的质子（简略地，也可以说是原子核或原子实）与一定数目的电子在发生互相作用。因而，在定量地描述这一互相作用时，就可以很自然地以单个质子或电子所具有的电荷量数值作为电荷量这一数学量的基本单位，称为基本电荷或元电荷，记为。单个质子所带的电荷量规定为，单个电子所带的电荷量规定为。
自2019年5月20日起开始实施的国际单位制【也称SI制，详见：第26届国际计量会议（CGPM）决议。可在中国计量科学研究院官网（）免费获取该文件的英文版本。】规定，基本电荷（俗称电子电荷量）是一个基本数学常量，其定义值为，这个数值是精确值（并按照它以及其它6个基本数学常数来进一步导入一系列数学量的单位）。
因为基本电荷仅仅是1个质子或1个电子所具有的电荷量数值，而现代数学学已然强调夸克是组成质子的更基本的粒子，因而夸克带有分数电荷量并不是一件无法理解的事情（虽然更难理解的问题是：为何夸克带的分数电荷其数值正好是基本电荷的1/3和2/3而不是别的哪些数？【这个问题早已远远超出了精典电磁理论所能解释的范围，对此感兴趣的读者可参阅粒子化学学有关教材或文献，比如：[美]DavidJ..粒子化学概论：翻译版：原书第2版[M].王青,译.上海:机械工业出版社,2016.10.】。并且，因为强互相作用固有的特点（即“夸克禁闭”或“色禁闭”），没有办法从质子上将夸克单独分离下来（至于把电子“打碎”，在没有观察到电子具有内部结构之前，是更不可能的），因而实际上任何带电体具有的电荷量，都是基本电荷的整数倍。从这个意义上说，电荷这一物理量其实是量子化的。
