A világon minden atomokból épül fel, amelyek az anyagok és molekulák alapvető építőkövei. Központi része az atommag, amelyben pozitív töltésű protonok és semleges töltésű neutronok találhatók. Az atommag körül elektronhéjak helyezkednek el, ezeken negatív töltésű elektronok keringenek. A különböző töltések vonzzák, míg az azonos töltések taszítják egymást. A fémekre jellemző, hogy a külső elektronhéjakon lévő elektronok vonzása gyengébb, könnyen elmozdulnak az elektronok.
29 proton
36 neutron
29 elektron (1 szabad)
Amikor egy réz vezetéket feszültség alá helyezünk, a külső elektronhéjról származó, eleve szabadon mozgó elektronok azonos irányba indulnak el, ez az elektromos áram. A réz az egyik legjobb vezető az ezüst, az arany és alumínium mellett. Fontos, hogy nem fémekben elektronok helyett ionok áramlanak (például lítiumion).
Jele: Q
Mértékegysége: Coulomb [C]
1 Coulomb = 6 242 000 000 000 000 000 Elektron töltése (6,242 · 1018)
Jele: U
Mértékegysége: Volt [V]
A töltésszétválasztáshoz munkavégzés szükséges. Ha több töltést akarunk szétválasztani, nagyobb munkát kell befektetnünk. A töltések kiegyenlítődésre törekvő hatását feszültségnek nevezzük, és nagysága megadja, hogy mennyi munkavégzés történne egységnyi töltés (1 C) kiegyenlítődésekor.
$ U[V] = \dfrac{W[J]}{Q[C]} $
Feszültség mindig két pont között van. A potenciál egy viszonyítási ponthoz képest mért feszültség, tehát a feszültség potenciálkülönbség két pont között. A viszonyítási pontra földként is szokás hivatkozni.
Jele: I
Mértékegysége: Amper [A]
Adott keresztmetszetű vezetéken adott idő alatt átáramló töltésmennyiség. Feszültség hatására jön létre, fémekben és bizonyos folyadékokban, gázokban lehetséges. Röviden szokás áramnak nevezni.
$ I[A] = \dfrac{Q[C]}{t[s]} $
Jele: R
Mértékegysége: Ohm [Ω]
A vezető azon tulajdonsága, hogy akadályozza a töltéshordozók mozgását. Függ a vezető anyagától, méretétől és hőmérsékletétől is. Az Ohm-törvény szerint az ellenállás a feszültség és áramerősség hányadosa.
Ohm törvénye:
$ R[Ω] = \dfrac{U}{I} $
Az anyag minőségét jellemzi, minél kisebb a fajlagos ellenállás, annál jobb vezető az adott anyag. Minél hosszabb vagy vékonyabb egy vezeték, annál nagyobb az ellenállása, annál több energia vész el rajta.
$ R = \rho ⋅ \dfrac{l[m]}{A[mm^2]} $
Minél kisebb az $ \alpha $ együttható, annál kevésbé változik az ellenállás hőmérsékletváltozáskor. A vezető anyagok ellenállása is csökken a hőmérsékletük csökkenésével, ha pedig felmelegszenek, ellenállásuk megnő.
$ R = R_0 ⋅ (1 + \alpha ⋅ \Delta T) $
Jele: W
Mértékegysége: Wattóra [Wh]
Egy áramkör két pontja között fogyasztott vagy termelt villamos energia. A villanyszámla az elfogyasztott Kilowattórák alapján kerül kiszámításra, az akkumulátorok kapacitása is így (kWh vagy Wh) van megadva.
$ 1[Wh] = 1[V] ⋅ 1[A] ⋅ 1[h] $
Jele: P
Mértékegysége: Watt [W]
Adott pillanatban fogyasztott vagy termelt villamos energia. Ha fel van tüntetve egy eszköz teljesítménye, az általában a maximum teljesítményre utal, például ventilátor esetén a legmagasabb fokozat teljesítményét.
$ P[W] = U ⋅ I $
A hasznos és felvett teljesítmény hányadosa. Egy napelem panel hatásfoka 25% körüli, vagyis képtelen hasznosítani a Nap energiájának háromnegyedét. Egy 90% hatásfokú tápegységben a felvett teljesítmény tizede veszteség (például melegedés). Az elektromos autók hatásfoka közel ötszöröse a belső égésűeknek.
$ \mu[\%] = \dfrac{P_h}{P_f} $