Όλη η ύλη αποτελείται από άτομα τα οποία περιέχουν θετικά και αρνητικά φορτισμένα σωματίδια (πρωτόνια και ηλεκτρόνια - θα αγνοήσουμε τα νετρόνια τα οποία δεν έχουν φορτίο). Γύρω από κάθε φορτισμένο σωματίδιο υπάρχει ένα ηλεκτρικό πεδίο που μπορεί να ασκήσει δύναμη σε άλλα φορτισμένα σωματίδια. Ένα θετικό πεδίο περιβάλλει ένα πρωτόνιο, και ένα αρνητικό πεδίο περιβάλλει ένα ηλεκτρόνιο. Η ισχύς του πεδίου είναι η ίδια για κάθε ηλεκτρόνιο και πρωτόνιο, με μέγεθος μία «θεμελιώδη μονάδα" που είναι 1,602 x 10^-19 Coulomb (10^-19 σημαίνει 0,0000000.. συνολικά 19 μηδενικά μετά την υποδιαστολή). Αν το λέγαμε αλλοιώς, τότε ένα Coulomb είναι το συνολικό φορτίο από 6.241.510.000.000.000.000 συνολικά πρωτόνια ή ηλεκτρόνια.
Ένα αμπέρ ρεύματος σε ένα δευτερόλεπτο μεταφέρει φορτίο ενός Coulomb (για να φανεί η κλίμακα, περίπου ένα Coulomb φορτίου ρέει μέσα από μία λάμπα 200W σε ένα δευτερόλεπτο). Εάν μπορούσαμε να απομονώσουμε ένα Coulomb πρωτονίων σε απόσταση ενός μέτρου, από ένα Coulomb ηλεκτρονίων, θα υπήρχε μεταξύ τους μια ελκτική δύναμη (δίνεται από το νόμο Coulomb) 8,988 x 10^9 Νιούτον (10^9 σημαίνει το 1.000.000.000), που αντιστοιχεί σε σχεδόν ένα εκατομμύριο τόνους στην επιφάνεια της γης. Ομοίως, δύο ομάδες πρωτονίων ή ηλεκτρονίων του ενός Coulomb, θα παρουσιάζουν εξίσου μεγάλη δύναμη απώθησης. Είναι αυτή η μεγάλη δύναμη που υπάρχει μεταξύ των σωματιδίων, που αξιοποιείται στα ηλεκτρικά κυκλώματα.
Ένα θετικό ηλεκτρικό πεδίο που περιβάλλει μια ομάδα από ένα ή περισσότερα πρωτόνια θα απωθήσει άλλες ομάδες πρωτονίων, και θα προσελκύσει ομάδες ηλεκτρονίων. Δεδομένου ότι ένα ηλεκτρικό πεδίο μπορεί να εξαναγκάσει φορτισμένα σωματίδια να κινηθούν, μπορεί δηλαδή να κάνει κάποια ποσότητα εργασίας και γι' αυτό λέγεται ότι έχει δυναμική ενέργεια. Το ποσό της ενέργειας που μπορεί να προσδώσει ένα ηλεκτρικό πεδίο, σε μια μονάδα φορτίου, μετράται σε τζάουλ ανά Coulomb, πιο γνωστό ως τάση. Για τους σκοπούς μας, η τάση μπορεί να θεωρηθεί ως «δύναμη ηλεκτροπαραγωγός" που μπορεί να προκαλέσει την κίνηση σε φορτισμένα σωματίδια. Μια παροχή ηλεκτρικού ρεύματος λοιπόν είναι μία τοπική ανισορροπία ηλεκτρονίων, με υλικό στη μία πλευρά (την αρνητική πλευρά) που περιέχει μια αφθονία των ηλεκτρονίων, καθώς και υλικό από την άλλη (την θετική) πλευρά που περιέχει μια σχετική έλειψη ηλεκτρονίων. Η ηλεκτρική δυναμική ενέργεια, διαθέσιμη στην παροχή ρεύματος, που μετράται σε V, καθορίζεται από τον αριθμό των ηλεκτρονίων που μπορεί να αποθηκεύσει, την απόσταση διαχωρισμού μεταξύ αρνητικών και θετικών υλικών, τις ιδιότητες του φράγματος μεταξύ των υλικών, και άλλους παράγοντες. Μερικές παροχές ηλεκτρικού δυναμικού (όπως οι μικρές μπαταρίες) έχουν έξοδο λιγότερο από ένα βολτ, ενώ άλλες (όπως οι σταθμοί παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας) δεκάδες χιλιάδες βολτ. Σε γενικές γραμμές, παροχές ηλεκτρικού δυναμικού μέχρι 9V - 12V θεωρούνται «ασφαλής» για να αλληλεπιδρούν οι άνθρωποι (τουλάχιστον όταν τα στρώματα του δέρματος τους είναι άθικτα), αλλά μερικοί άνθρωποι μπορεί να έχουν αρνητικές (και δυνητικά θανατηφόρες) αλληλεπιδράσεις ακόμη και με χαμηλής τάσης δυναμικά.
Τα ηλεκτρόνια φέρουν το μικρότερο δυνατό αρνητικό φορτίο, ενώ δισεκατομμύρια από αυτά είναι παρόντα ακόμα και στο παραμικρό κομμάτι της ύλης. Στα περισσότερα υλικά, τα ηλεκτρόνια κρατούνται σταθερά στη θέση τους από τα βαρύτερα και φορτισμένα θετικά, πρωτόνια. Σε αυτά τα υλικά, που ονομάζονται μονωτές, τα ηλεκτρόνια δεν μπορούν να μετακινούνται ελεύθερα μεταξύ των ατόμων. Αντίθετα, σε άλλα υλικά (όπως τα μέταλλα), τα ηλεκτρόνια μπορούν να μετακινούνται ευκολότερα από άτομο σε άτομο, και τα υλικά αυτά ονομάζονται αγωγοί. Η κίνηση των ηλεκτρονίων σε αγωγό ονομάζεται ηλεκτρικό ρεύμα, το οποίο μετράται σε αμπέρ. Εάν μια παροχή ηλεκτρικού δυναμικού χρησιμοποιηθεί για να δημιουργήσει μια τάση σε ένα αγωγό, τα ηλεκτρόνια θα μετακινηθούν από την αρνητική πλευρά της παροχής μέσω του αγωγού προς τη θετική πλευρά. Όλα τα υλικά, ακόμη και οι αγωγοί, παρουσιάζουν κάποια αντίσταση στη ροή του ηλεκτρικού ρεύματος. Το ποσό της αντίστασης καθορίζει πόσο ρεύμα μπορεί να ρέει - όσο υψηλότερη είναι η αντίσταση, το λιγότερο ρεύμα μπορεί να ρέει. Εξ ορισμού, ένας αγωγός έχει πολύ χαμηλή αντίσταση, έτσι, ένας αγωγός ποτέ δεν θα τοποθετηθούνταν σε μια παροχή ηλεκτρικού δυναμικού, διότι τότε πάρα πολύ ρεύμα θα έρεε, καταστρέφοντας είτε την παροχή είτε τον ίδιο τον αγωγό. Ένα ηλεκτρονικό εξάρτημα που ονομάζεται αντίσταση θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σε σειρά με τον αγωγό για να περιορίσει την τρέχουσα ροή ρεύματος.
Γύρω στο 1825, ο Georg Ohm απέδειξε μέσα από μια σειρά πειραμάτων ότι η τάση, το ρεύμα και η αντίσταση συνδέονται με μια θεμελιώδη σχέση: Η Τάση (V) ισούται με το ρεύμα (Ι) επί την αντίσταση (R), ή V = Ι * R. Αυτή η πιο βασική εξίσωση στην ηλεκτρονική δείχνει ότι όταν οι δύο από τις τρεις ποσότητες (τάση, ρεύμα, αντίσταση) είναι γνωστές, τότε η τρίτη μπορεί να υπολογισθεί.
Η αντίσταση μετριέται σε ohm, με το σύμβολο Ω. Σύμφωνα με τον νόμο του Ohm, ένα βολτ διαφοράς δυναμικού σε 1 ohm αντίστασης θα προκαλέσει ένα αμπέρ ροής ρεύματος (και ένα coulomb φορτίου θα περάσει μέσα από την αντίσταση σε ένα δευτερόλεπτο). Ομοίως, 3.3V τάσης σε αντίσταση 3,3Ω θα προκαλέσει 1Α ροής ρεύματος. Όταν ρέει ρεύμα μέσα από την αντίσταση, συμβαίνουν συγκρούσεις μεταξύ των ηλεκτρονίων που απορρέουν από την παροχή ρεύματος και το υλικό της αντίστασης. Αυτές οι συγκρούσεις αναγκάζουν τα ηλεκτρόνια να εγκαταλείψουν το ενεργειακό δυναμικό τους, και αυτή η ενέργεια απελευθερώνεται ως θερμότητα. Όπως και με οποιοδήποτε φυσικό σύστημα, ορίζουμε την παράγωγο της ενέργειας στο χρόνο ως ισχύ. Στα ηλεκτρικά κυκλώματα, η ισχύς η οποία μετράται σε Watts, ορίζεται ως (τάση επί ρεύμα), ή P = V · Ι. Η ισχύς που μεταφέρεται στην αντίσταση σε κάθε χρονική στιγμή έχει ως αποτελέσμα την θέρμανση της αντίστασης. Όσο περισσότερη ισχύς μεταφέρεται στην αντίσταση, τόσο θερμότερη γίνεται. Για μια συγκεκριμένη τάση, μια μικρότερη αντίσταση θα επέτρεπε περισσότερη ροή ρεύματος (βλέπε νόμος του Ohm) και επομένως περισσότερη ενέργεια θα διαχεόταν ως θερμότητα (και η αντίσταση θα γινόταν θερμότερη). Η συνολική ενέργεια που καταναλώνεται σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα είναι απλά το ολοκλήρωμα χρόνου και ρεύματος, το οποίο μετράται σε Watt ανά δευτερόλεπτο, ή Joules. Έτσι, σε ένα κύκλωμα, όπως το πιο πάνω, η ηλεκτρική ισχύς που εφαρμόζεται στην αντίσταση είναι P = 3.3V x 1A, ή 3.3Watts, ενώ σε ένα δευτερόλεπτο καταναλώνονται, 3.3W x 1 δευτερόλεπτο, 3.3 Joule.
Η συνέχεια, αν υπάρχει ενδιαφέρον, σε επόμενο άρθρο.
