电流的定义
在铜等导体中，存在一些电子，它们以极高的速度自由地随机运动，但不会逃离金属。这些可以自由移动的电子被称为自由电子。尽管电子可以向各个方向自由移动，但并没有电子向某个特定方向的流动。这种情况发生在铜线两端之间没有电势差时。
当导线连接到电源时，铜导线的两端会产生电势差，从而在铜导线内部形成电场。电场的存在使得自由电子受到电场力 F = qE = eE 的作用，其中 F 为电场力，e 为电子电荷，E 为电场强度。该电场力使所有自由运动的电子一起加速，加速方向与电场力的方向相同。
自由电子在铜线中剩余的原子间聚集运动，所有电子都会与原子碰撞。碰撞导致自由电子的运动方向发生改变。所有这些电子始终受到电场力的作用，因此它们都沿电场力的方向加速运动。运动片刻后，自由电子再次与铜线中的原子碰撞。但由于它们始终受到电场力的作用，因此它们再次加速运动。所以，除了随机地向各个方向运动外，所有自由电子还会沿电场力的方向缓慢地聚集运动，并沿与电场方向相反的方向运动。电场的方向是从高电势指向低电势，而电子则从低电势指向高电势。每个自由电子的随机运动速度非常快，而沿电场力方向的聚集运动速度则非常慢。这种沿电场力方向的聚集运动也称为漂移速度。
电流被定义为在一定时间间隔内电荷流过导体横截面的现象。根据约定，电流方向与正电荷方向相同。这一约定是在人们认识到导体中实际运动的是带负电的自由电子之前达成的。导体中电子的运动方向与电流方向相反。因此，当我们讨论导体中的电流时，实际上指的是正电荷的流动，这也被称为传统电流，因为它源于约定俗成的约定。
电流方程
从数学角度来说，电流可以用以下公式表示：
I = ΔQ / Δt
I = 电流，ΔQ = 电荷量，Δt = 时间间隔。
电流单位
电荷的单位是库仑，时间的单位是秒，因此电流的单位是库仑/秒。库仑/秒也称为安培，以法国物理学家安德烈·玛丽·安培（1775-1836）的名字命名。1 安培 = 1 库仑/秒 (1 A = 1 C/s)。换句话说，1 安培的电流等于 1 库仑的电荷在 1 秒内通过导线的横截面积。除了安培之外，电流还可以用毫安 (1 mA = 10⁻³ A )、微安 (1 μA = 10⁻⁶ A)、纳安 (1 nA = 10⁻⁹ A) 或皮安 (1 pA = 10⁻¹² A ) 来表示。
例题1：
2安培的电流持续8秒流过导线。求通过导线某一点的电荷量以及该电荷中的电子数！
已知：
电流 (I) = 1 安培
时间间隔 (t) = 2 秒
求：电荷量 (Q) 和电子数 (e)
解决方案：
电流方程：
I = Q/t
I = 电流，Q = 电荷量，t = 时间间隔
电荷：
Q = I t = (2 安培)(8 秒) = 16 C。
一个电子的电荷量为 1.6 x 10 -19库仑，因此 16 库仑的电荷量包含的电子数为 16 C / 1.6 x 10 -19库仑 = 10 x 10 19个电子。
电流、漂移速度和电流密度
观察以速度 v 沿电场 E 方向向右运动的正电荷。
在横截面积为 A 的导体上，正电荷在时间间隔 t 内移动的距离为 s = vt。
如果单位体积内的带电粒子数（带电粒子密度）为 n，导体的体积为 A s = A vt，
那么导体体积内的带电粒子数为 n A v t。如果每个带电粒子的电荷量为 q，那么在时间间隔 t 内通过导体末端的电荷量为 Q = nq A v t。因此，流过导体末端的电流为 I = Q / t = nq A v。而电流密度或单位横截面积 A 的电流为 J = I / A = nq v。
由此可以得出结论，流过导体的电流是带电粒子密度（n）乘积的乘积，
每个粒子的电荷量（q）、导体的面积（A）和带电粒子的速度（v）。
请仔细阅读以下例题。
例题2：
横截面积为 3 × 10⁻⁶ m² 的铜导线中通有 10 安培的恒定电流。自由电子密度为 8.4 × 10²⁸ 个电子/m³ 。求自由电子的漂移速度！
已知：
电流 (I) = 10 安培
导线横截面积 (A) = 3 × 10⁻⁶ m²
自由电子密度( n) = 8.4 × 10²⁸ m⁻³
电子电荷 (q) = 1.6 × 10⁻¹⁹ C
求：自由电子漂移速度（v）
解决方案：
电子速度的计算公式是使用先前推导出的公式：
I = 电流，n = 带电粒子密度 = 电子密度，q = 单个电子的电荷量，A = 导体的横截面积，v = 电子漂移速度
电子漂移速度为 0.248 x 10 -3米/秒 = 0.248 毫米/秒。
导线中的自由电子以每秒0.248毫米的速度一起运动。换句话说，每秒钟，所有自由电子最多移动0.248毫米。这是一个非常慢的速度。如果自由电子的运动速度如此之慢，为什么打开开关后电灯会立即亮起呢？
为了理解这一点，我们可以把导体中的电子流动比作水管中的水流。如果水管里装满了水，那么当水管的一端连接到水龙头时，水会立即从另一端流出。同样地，铜线和灯泡导线中也存在自由电子。当开关打开时，会产生一个速度接近光速（光速 = 3 × 10⁸米/秒）的电场，这使得自由电子在那一刻开始聚集运动。灯泡导线中原本就存在自由电子，所以灯泡在那一刻会亮起。
问题与解决方案
1. 一根导线中持续有10A的电流，持续2分钟。求导线中任意位置通过的电荷量。
已知：
电流 (I) = 10 A
时间间隔 (t) = 2 分钟 = 2 × 60 秒 = 120 秒
通缉：指控（Q）
解决方案：
电流方程：
I = q/t
I = 电流，q = 电荷量，t = 时间间隔
电荷：
Q = I t = (10)(120) = 1200 C
2. 60 C 的电荷通过电路中的某一点，持续 5 分钟。求电流。
已知：
时间间隔 (t) = 5 分钟 = 5 × 60 秒 = 300 秒
电荷量 (Q) = 60 C
求：电流 (I)
解决方案：
电流：
I = Q/t
我 = 60 / 300
I = 0.2 库仑/秒
I = 0.2 安培
3. 在国际单位制（SI）中，电流的单位是……
解决方案
库仑/秒
库仑/秒，有一个特殊的名称，安培。
