材料学家已经研究发展出一套非常详尽的理论形式论，来解释很多机要的实验观察。安培力定律描述电流密度与磁场之间的关系。电流密度是安培力定律的一个重要参数，
计算电流密度.
自由电流.大自然有很多种载有电荷的粒子，称为「带电粒子」，例如，导电体内可移动的电子、电解液内的离子、电浆内的电子和离子、强子内的夸克。这些带电粒子的移动，形成了电流。电荷流动的分佈可以由电流密度来描述：其中，formula_5是在位置formula_6、在时间formula_7的电流密