電流的定義
在銅等導體中，存在一些電子，它們以極高的速度自由地隨機運動，但不會逃離金屬。這些可以自由移動的電子稱為自由電子。儘管電子可以向各個方向自由移動，但並沒有電子向某個特定方向的流動。這種情況發生在銅線兩端之間沒有電位差時。
當導線連接到電源時，銅導線的兩端會產生電位差，從而在銅導線內部形成電場。電場的存在使得自由電子受到電場力 F = qE = eE 的作用，其中 F 為電場力，e 為電子電荷，E 為電場強度。此電場力使所有自由運動的電子一起加速，加速方向與電場力的方向相同。
自由電子在銅線中剩餘的原子間聚集運動，所有電子都會與原子碰撞。碰撞導致自由電子的運動方向改變。所有這些電子始終受到電場力的作用，因此它們都沿著電場力的方向加速運動。運動片刻後，自由電子再次與銅線中的原子碰撞。但由於它們始終受到電場力的作用，因此它們再次加速運動。所以，除了隨機地向各個方向移動外，所有自由電子還會沿著電場力的方向緩慢地聚集運動，並且沿著與電場方向相反的方向運動。電場的方向是從高電位指向低電位，而電子則從低電位指向高電位。每個自由電子的隨機運動速度非常快，而沿電場力方向的聚集運動速度則非常慢。這種沿著電場力方向的聚集運動也稱為漂移速度。
電流被定義為在一定時間間隔內電荷流過導體橫截面的現象。根據約定，電流方向與正電荷方向相同。這項約定是在人們認識到導體中實際運動的是帶負電的自由電子之前達成的。導體中電子的運動方向與電流方向相反。因此，當我們討論導體中的電流時，實際上指的是正電荷的流動，這也被稱為傳統電流，因為它源自於約定俗成的約定。
電流方程
從數學角度來說，電流可以用以下公式表示：
I = ΔQ / Δt
I = 電流，ΔQ = 電荷量，Δt = 時間間隔。
電流單位
電荷的單位是庫侖，時間的單位是秒，因此電流的單位是庫侖/秒。庫侖/秒也稱為安培，以法國物理學家安德烈·瑪麗·安培（1775-1836）的名字命名。 1 安培 = 1 庫侖/秒 (1 A = 1 C/s)。換句話說，1 安培的電流等於 1 庫侖的電荷在 1 秒內通過導線的橫截面積。除了安培之外，電流還可以用毫安 (1 mA = 10⁻³ A )、微安 (1 μA = 10⁻⁶ A)、納安 (1 nA = 10⁻⁹ A) 或皮安 (1 pA = 10⁻¹² A ) 來表示。
例題1：
2安培的電流持續8秒流過導線。求通過導線某一點的電荷量以及該電荷中的電子數！
已知：
電流 (I) = 1 安培
時間間隔 (t) = 2 秒
求：電荷量 (Q) 和電子數 (e)
解決方案：
電流方程式：
I = Q/t
I = 電流，Q = 電荷量，t = 時間間隔
電荷：
Q = I t = (2 安培)(8 秒) = 16 C。
一個電子的電荷量為 1.6 x 10 -19庫侖，因此 16 庫侖的電荷量所包含的電子數為 16 C / 1.6 x 10 -19庫侖 = 10 x 10 19個電子。
電流、漂移速度和電流密度
觀察以速率 v 沿電場 E 方向向右運動的正電荷。
在橫截面積為 A 的導體上，正電荷在時間間隔 t 內移動的距離為 s = vt。
若單位體積內的帶電粒子數（帶電粒子密度）為 n，導體的體積為 A s = A vt，
則導體體積內的帶電粒子數為 n A v t。如果每個帶電粒子的電荷量為 q，那麼在時間間隔 t 內通過導體末端的電荷量為 Q = nq A v t。因此，流經導體末端的電流為 I = Q / t = nq A v。而電流密度或單位橫截面積 A 的電流為 J = I / A = nq v。
由此可以得出結論，流過導體的電流是帶電粒子密度（n）乘積的乘積，
每個粒子的電荷量（q）、導體的面積（A）和帶電粒子的速度（v）。
請仔細閱讀以下例題。
例題2：
橫截面積為 3 × 10⁻⁶ m² 的銅導線中通有 10 安培的恆定電流。自由電子密度為 8.4 × 10²⁸ 個電子/m³ 。求自由電子的漂移速度！
已知：
電流 (I) = 10 安培
導線橫截面積 (A) = 3 × 10⁻⁶ m²
自由電子密度( n) = 8.4 × 10²⁸ m⁻³
電子電荷 (q) = 1.6 × 10⁻¹⁹ C
求：自由電子漂移速度（v）
解決方案：
電子速度的計算公式是使用先前推導出的公式：
I = 電流，n = 帶電粒子密度 = 電子密度，q = 單一電子的電荷量，A = 導體的橫截面積，v = 電子漂移速度
電子漂移速度為 0.248 x 10 -3公尺/秒 = 0.248 毫米/秒。
導線中的自由電子以每秒0.248毫米的速度一起移動。換句話說，每秒鐘，所有自由電子最多移動0.248毫米。這是一個非常慢的速度。如果自由電子的運動速度如此緩慢，為什麼打開開關後會立即亮起呢？
為了理解這一點，我們可以把導體中的電子流動比喻為水管中的水流。如果水管裝滿了水，那麼當水管的一端連接到水龍頭時，水會立即從另一端流出。同樣地，銅線和燈泡導線中也存在自由電子。當開關打開時，會產生一個速度接近光速（光速 = 3 × 10⁸米/秒）的電場，這使得自由電子在那一刻開始聚集運動。燈泡導線原本就存在自由電子，所以燈泡在那一刻會亮起。
問題及解決方案
1. 一條導線中持續10A的電流，持續2分鐘。求導線中任一位置通過的電荷量。
已知：
電流 (I) = 10 A
時間間隔 (t) = 2 分鐘 = 2 × 60 秒 = 120 秒
通緝：指控（Q）
解決方案：
電流方程式：
I = q/t
I = 電流，q = 電荷量，t = 時間間隔
電荷：
Q = I t = (10)(120) = 1200 C
2. 60 C 的電荷通過電路中的某一點，持續 5 分鐘。求電流。
已知：
時間間隔 (t) = 5 分鐘 = 5 × 60 秒 = 300 秒
電荷量 (Q) = 60 C
求：電流 (I)
解決方案：
電流：
I = Q/t
我 = 60 / 300
I = 0.2 庫侖/秒
I = 0.2 安培
3. 在國際單位制（SI）中，電流的單位是…
解決方案
庫侖/秒
庫侖/秒，有一個特別的名稱，安培。
