电流

在固态金属导体内，有很多可移动的自由电子。虽然这些电子并不束缚于任何特定原子，但都束缚于金属的晶格内。甚至于在没有外电场作用下，因为热能，这些电子仍旧会随机地移动。但是，在导体内，平均净电流是零。挑选导线内部任意截面，在任意时间间隔内，从截面一边移到另一边的电子数目，等于反方向移过截面的数目。如同乔治·伽莫夫在他发表于1947年的科学畅销书《One, Two, Three…Infinity》谈到：

金属物质与其它物质不同的地方，在于其最外层的电子很松弛地束缚于原子，电子能够很容易地逃离原子。因此，满布于金属的内部，有很多未被束缚的电子，毫无目标地游动，就好像一群无家可归的醉汉。当施加电压于一根金属导线的两端，这些自由电子会朝着电势高的一端奔去，这样，形成了电流。

一缕一缕铜丝共同组成传导电流的电线。

给予一个直流的电压源，例如，电池，当连接一根导线于它的两个接头时，电压源会施加电场于整个导线。在连接动作完成的同时，导线的自由电子会感受到电场力，因而往正极接头漂移。在这里，自由电子是电荷载子。假设在一秒内，一库仑（6.242 × 10¹⁸个电子）的电荷漂移过导线的任意截面，则电流为一安培[10]。

对于稳定的电流，电流量${\displaystyle I}$可以用以下方程序计算：

${\displaystyle I={Q \over t}}$

其中，${\displaystyle Q}$是传输的电荷，${\displaystyle t}$是时间。

更一般地，电流可以表达为电荷随时间的变化率，也就是电荷对于时间的导数：

${\displaystyle I={\frac {\mathrm {d} q}{\mathrm {d} t}}}$

在固态金属内，电荷流动的载子是电子，从低电势流到高电势。在其它种介质内，任何电荷载子的载子流都可以形成电流。

在真空内，可以制作一个离子束或电子束。这也是一种电流。在有些传导性物质内，电流是由正电荷载子和负电荷载子共同形成的。在像质子导体一类的物质内，电流可能完全是由正电荷载子形成。例如，在水溶液内，电解质会导电，电流内的正价氢离子（质子）朝着某方向流动，负价的硫酸根离子朝着反方向流动。在电花或电浆内的电流内有电子、正离子、负离子。在半导体内，可以视电流为正值电洞（一个呈电中性的原子，由于少了一个负电的电子，所以那里就会呈现出一个正电性的空位）的流动。这种半导体称为P型半导体。

电流密度是一种度量，以矢量的形式定义，其方向是电流的方向，其大小是单位截面面积的电流。采用国际单位制，电流密度的单位是「安培／平方公尺」。用方程序表达，

${\displaystyle I=\mathbf {J} \cdot \mathbf {A} }$

其中，${\displaystyle I}$是电流，${\displaystyle \mathbf {J} }$是电流密度，${\displaystyle \mathbf {A} }$是截面面积矢量。[11]

根据欧姆定律的另一种形式，电流密度与电场${\displaystyle \mathbf {E} }$和物质的电导率${\displaystyle \sigma }$的关系可以表达为

${\displaystyle \mathbf {J} =\sigma \mathbf {E} }$

在导体内，可移动的电荷载子不停的随机移动，就像气体的粒子。为了要有净电流，电荷载子移动的平均漂移速度必须不等于零。电子是金属的电荷载子。电子移动的路径没有任何规律，从一个原子撞到另一个原子，但大致朝着电场的方向漂移。它们漂移的速度可以由以下方程序给出：

${\displaystyle I=nqAv}$ [12]

其中，${\displaystyle I}$是电流，${\displaystyle n}$是单位体积的载子数目（载子密度），${\displaystyle q}$是每一个载子的电荷量，${\displaystyle A}$是导体的截面面积，${\displaystyle v}$是漂移速度。

固体内的电流通常流动地非常慢。例如，假设截面面积为0.5 mm²的铜线，载有电流5安培。那么，其电子的漂移速度大约为1毫米每秒。再擧一个例子来比较，在阴极射线管的近真空内，电子移动的速度大约为光速的十分之一。

呈加速度运动中的电荷，会产生电磁波。因此，随着时间变化的电流，会产生电磁波，以非常高的速度，传播于导体之外。电磁波传播的速度通常相当接近光速，比漂移速度快很多倍。这事实的相关理论可以由马克士威方程组推导出。在电线里的交流电流，可以从源头传输电力到很远的负载点，虽然，在电线里的电子只来来回回地移动很少的距离。

电磁波的传播速度和自由空间的光速的比例，称为速度因子，与导体的电磁性质和外面包装的绝缘体、形状、尺寸等等有关。

漂移速度、传播速度、随机运动速度，这三种速度可以模拟于气体的三种速度。比较慢的电子漂移速度模拟于风速。比较快的电磁波传播速度模拟于气体的音速。电子的随机运动模拟于气体粒子的热速度。

根据安培定律，电流会产生磁场。

导线所载有的电流，会在四周产生磁场，其磁场线是以同心圆图案环绕着导线的四周。

使用电流表可以直接地测量电流。但这方法的缺点是必须切断电路，将电流表置入电路中间。如果改用间接测量电流四周的磁场的方法，也可以测量出电流强度，同时不需要切断电路。应用这方法来测量电流的仪器有霍尔效应传感器、电流钳、变流器、罗果夫斯基线圈。

欧姆定律阐明，通过一个理想电阻器的电流，等于电阻器两端的电压除以电阻：

${\displaystyle I={\frac {V}{R}}}$ [13]

其中，${\displaystyle I}$是电流（单位是安培），${\displaystyle V}$是电压（单位是伏特），${\displaystyle R}$是电阻（单位是欧姆）。

简图表示出常规电流的流向和电子的流向。正电荷（红线）从电源的正极移动到负极，而电子（绿线）则从负极移动到正极。

正电荷的流动给出的电流，跟负电荷的反方向流动给出的电流相同。因此，在测量电流时，流动的电荷的正负值通常可以忽略。根据常规，假设所有流动的电荷都具有正值，称这种流动为常规电流。常规电流代表电荷流动的净效应，不需顾虑到载子的电荷的正负号是什么。

在固态金属内，正电荷载子不能流动，只有电子流动。由于电子载有负电荷，在金属内的电子流动方向与常规电流的方向相反。

当解析电机电路问题时，通常，工程师并不知道电流通过一个电路元素的真实方向。对于电路的解析，这并不重要，工程师可以任意地设置每一个电流变量的参考方向。当电机电路问题解析完毕后，通过电路元素的电流可能会拥有正值或负值。负值电流意指着，通过电路元素的电流的真实方向，相反于参考方向。

直流（DC）原来的英文名称是galvanic current，也称原义是指电荷的单向流动，一般是由像电池、太阳能电池等设备产生。直流电流可以在导体（例如电线）中流动，也可以在半导体、绝缘体中流动，甚至在真空也可以以离子束的方式流动。在直流电中，电子以固定的方向流动，和交流电不同。[16]

交流（AC）原义是指电荷的运动会周期性的变换方向，和直流不同，直流电流的电荷只会单方向流动。一般商业、及工业用电多半是交流电，例如一般插座提供的电就是交流电。最常见的交流电波形是正弦波，但在特殊应用中也会出现其他的波形，像三角波或方波。像调幅广播及调频广播的信号也是交流的例子之一，其目的是在利用调制技术，在交流信号中加入要传递的信号后传递，而接收端可以再还原为原始的信号。

交流信号有周期性的变化，其周期的倒数即为频率，常见的电源频率为50或60Hz。有些交流信号的频率为定值，也有些不是定值，像调频广播的频率就不是固定值。