Látky podle elektrické vodivosti rozdělujeme na vodiče a nevodiče. Podmínkou, aby látka byla dobrým vodičem je přítomnost volných elektricky nabitých částic. V kovech jsou to volné elektrony, v kapalinách a ionizovaných plynech kladné a záporné ionty, ve vakuu jakékoli nabité částice. Ke vzniku elektrického proudu nestačí jen přítomnost nabitých částic. Je nutné, aby se částice daly do pohybu. K tomu je donutí přítomnost elektrického pole. Tato podmínka je splněna, je–li na koncích vodičů rozdíl elektrických potenciálů. Elektrický proud je tedy usměrněný pohyb částic s elektrickým nábojem v určité látce. Rozlišujeme elektrický proud kondukční, konvekční a posuvný. Kondukční vzniká působením vnějšího elektrického pole na volné nabité částice ve vodiči. Podmínkou je vytvoření elektrického pole uvnitř vodiče, proto musí být připojen ke zdroji elektromotorického napětí. Při srážkách volných nabitých částic s ostatními částicemi vzniká teplo. Konvekční proud vzniká při pohybu makroskopického tělesa, např. pásu Van de Graaffova generátoru. Posuvný proud vzniká v dielektriku při časové změně polarizace.
Podstatu vzniku elektrického proudu vysvětluje elektronová teorie, kterou založil Drude v roce 1900 a Hendrik Lorentz. Ten doplnil Maxwellovu teorii elektromagnetických vln o tyto myšlenky: elektřina se skládá z částic – elektronů, pohybem elektronů vzniká elektrický proud a magnetické pole. Jeho teorii experimentálně potvrdil Joseph John Thomson.
Podle elektronové teorie jsou kovy polykrystalické látky s kovovou vazbou. Valenční elektrony jsou k atomu slabě poutány a lze je dost snadno odtrhnout. Z každého krystalu se tak stal kladně nabitý iont a volné elektrony, které se neustále chaoticky pohybují. Jakmile připojíme konce vodiče k pólům zdroje napětí, uvedou síly elektrického pole volné elektrony do usměrněného pohybu v jednom směru, a to ve směru od záporného pólu zdroje k pólu kladnému. Elektrony tak současně konají dva pohyby: usměrněný pohyb v elektrickém poli a chaotický tepelný pohyb.
Chaotický pohyb elektronů (vlevo) a usměrněný pohyb elektronů v elektrickém poli v kovu.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Magda Králová. Under Creative Commons.
Rychlost usměrněného pohybu elektronů vytvářejících elektrický proud je neočekávaně malá, činí jen několik mm/s. Nabízí se otázka, proč se usměrněný pohyb elektronů projevuje ve všech částech vodiče již v okamžiku jeho připojení ke zdroji elektrického napětí. Zapneme–li např. vypínačem žárovku, okamžitě se rozsvítí. To je dáno tím, že působením elektrického pole, které se šíří rychlostí světla (tj. 3 · 108 m/s), jsou uvedeny volné elektrony do uspořádaného pohybu prakticky současně v celém vedení. Ve vodiči pak převládá uspořádaný pohyb volných elektronů v jednom směru.
André Maria Ampére.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Autor: Ambrose Tardieu. Public domain.
Podstata elektrického proudu v kovových vodičích byla vysvětlena teprve počátkem 20. století. Původní vysvětlení pochází od André Ampéra z roku 1820, který považoval elektrický proud za pohyb kladného elektrického náboje. Již předtím však byla učiněna dohoda o směru proudu. Dohodnutý směr proudu, který se dnes používá v technické praxi, je směr proudu od kladného pólu zdroje k pólu zápornému, tedy směr právě opačný než směr pohybu volných elektronů v kovovém vodiči.
Jakmile elektrické pole uvede volné elektrony do pohybu, říkáme, že vodičem začal procházet elektrický proud, který určitým průřezem vodiče za 1 s přenese elektrický náboj
V případě, že proud je stálý a nemění se ani převládající směr pohybu nosičů náboje, jde o tzv. stejnosměrný elektrický proud. Jednotkou proudu je ampér (A) pojmenovaný po André Ampérovi. Ampér je základní jednotka SI. Proud se měří ampérmetrem nebo galvanoměrem v případě nutnosti větší citlivosti (víc než 10–6 A). Z předchozího vztahu dostaneme jednotku A s – ampérsekundu nebo A h – ampérhodina, ve které se vyjadřuje např. celkový elektrický náboj, který můžeme získat při vybíjení akumulátoru.
Historický ampérmetr.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Under Creative Commons.
