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火车无论是烧煤、或是烧油，都会浪费大部分的热。不但如此，运转的准备也很费时。此外，机械的检查、整奋、清扫，都需要很多的时间。于是，人们期望有效率高、操作简便的机车动力产生，而电力机车正好符合这些条件。
1866年，德国工程师西门子与技师哈卢施卡联营创立电机公司，发明强力发电机，制成世界上第一列电力机车。第二年在巴黎博览会上展出，震惊了许多人。1879年，在柏林的工商业博览会上，这辆世界最早的电力火车公开试运行。列车用电动机车牵引，由带电铁轨输送电流，功率为3马力，一次可运旅客18人，时速7公里。两年之后1881年，柏林郊外铺设了规模虽小、但为世界最初营业用的电车路线。同时德国又试验成功驾空接触导线供电系统，使电力机车的供电线路由地面转向空中，机车的电压和功率都大大提高。
1895年，在美国的巴尔的摩一俄亥俄铁路线上首次出现了长途电力机车。机车重96吨，1080马力，采用550V直流供电。
1901年，西门子、哈卢施卡电机公司制造的电力机车在柏林附近创造了时速160公里的记录。
与此同肘，1880年，美国爱迪生也进行了电车的实验。
电力机车由于速度快、爬坡能力强、牵引力大、不污染空气，因此发展很快。地下铁路也随着电车的出现而得以发展。
