什么是电荷和电流？
所有物质都含有微小的带电粒子。在金属导线里，一部分电子可以自由移动。当它们朝同一个方向漂移时，电荷就流动起来了。电流就是每秒钟通过某一点的电荷量：
I = Q / t
电荷量 Q 的单位是库仑（C），时间 t 的单位是秒，电流 I 的单位是安培（A）。所以 1 安培就是每秒通过 1 库仑的电荷。1 库仑大约是 6.25 × 1018 个电子所带的电荷量，一个电子带 1.6 × 10−19 C 的电荷。很小的电流用毫安（1 mA = 10−3 A）或微安（1 µA = 10−6 A）表示。
电流的方向
在发现电子之前，科学家就已经规定了电流的方向。他们选定的是正电荷移动的方向：在电池外部，从正极流向负极。这就是常规电流。电子带负电，所以实际上朝相反方向漂移，从 − 到 +。所有电路图里画的都是常规电流方向。
电路和电流表
电路是让电荷通过的一条闭合、不间断的路径。如果开关（电键）是断开的，或者导线断了，电路就是开路，整个电路里任何地方都没有电流。
电流用电流表测量。它必须串联在电路中，这样同样的电流才会通过它。电流表的电阻很小，所以几乎不会改变它所测量的电流。它的 + 接线柱要接向电池的 + 极一侧。
什么是电势差？
电荷自己不会流动，它需要“推力”，就像水需要高度差才能顺着管子流下去。电池通过化学作用做功，让一个接线柱的电势比另一个高。两点之间的电势差就是把单位电荷从一点移到另一点所做的功：
V = W / Q
它的国际单位是伏特（V）：1 伏特 = 1 焦耳每库仑。也就是说，如果用 1 J 的功把 1 C 的电荷在两点之间移动，电势差就是 1 V。电势差用电压表测量，电压表要并联在被测部分的两端。电压表的电阻很大，所以几乎不取走电流。
电路图符号
画真实的电池和灯泡很费时间，所以我们使用统一的符号：
- 电池（单个）：长而细的线表示 +，短而粗的线表示 −。
- 电池组：两节或更多节电池连在一起。
- 电键或开关：断开（关）或闭合（开）。
- 导线连接点：导线相连处画一个圆点；导线交叉但不相连时没有圆点。
- 灯泡：圆圈里画一个叉或一个小圈。
- 电阻：一个小长方形或锯齿线。
- 滑动变阻器：电阻上加一个箭头。
- 电流表：圆圈里写 A；电压表：圆圈里写 V。
考试里常常要求你画出含有电池、电键、电阻、串联电流表和并联在电阻两端的电压表的电路。练习用直线把它画整齐。
重点公式和概念
- I = Q / t（电流 = 电荷量 ÷ 时间）
- Q = n × e，其中 e = 1.6 × 10⁻¹⁹ C
- V = W / Q（电势差 = 功 ÷ 电荷量）
- 1 A = 1 C/s；1 V = 1 J/C；1 mA = 10⁻³ A；1 µA = 10⁻⁶ A
例题讲解
1. 1 分钟内有 30 C 的电荷通过一个灯泡。求电流。
t = 60 s。I = Q / t = 30 / 60 = 0.5 A。
2. 2 A 的电流流动了 5 分钟。流过的电荷量是多少？
t = 5 × 60 = 300 s。Q = I × t = 2 × 300 = 600 C。
3. 在 12 V 的电势差下移动 4 C 的电荷，需要做多少功？
W = V × Q = 12 × 4 = 48 J。
4. 1 C 的电荷由多少个电子组成？
n = Q / e = 1 / (1.6 × 10⁻¹⁹) = 6.25 × 10¹⁸ 个电子。
5. 导线中有 0.4 A 的电流。2 秒内有多少个电子通过任意一点？
Q = I × t = 0.4 × 2 = 0.8 C。n = Q / e = 0.8 / (1.6 × 10⁻¹⁹) = 5 × 10¹⁸ 个电子。
6. 一个电池在电势差为 3 V 的电路中做了 360 J 的功来推动电荷，持续 2 分钟。求电荷量和电流。
Q = W / V = 360 / 3 = 120 C。t = 120 s，所以 I = Q / t = 120 / 120 = 1 A。
常见错误
- 使用 I = Q / t 之前忘了把分钟换成秒。
- 把电压表串联，或把电流表并联。电流表：串联。电压表：并联。
- 在电路图里说电流从 − 流向 +。图中画的是从 + 到 − 的常规电流；只有电子是从 − 向 + 运动。
- 以为电流被灯泡“用掉了”。进入灯泡和离开灯泡的电流相同；灯泡消耗的是能量。