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直流電源的基本原理

點擊次數:1181 更新時間:2022-03-22

直流電源有正、負兩個電極,正極的電位高,負極的電位低,當兩個電極與電路連通后,能夠使電路兩端之間維持恒定的電位差,從而在外電路中形成由正極到負極的電流。直流電源是一種能量轉換裝置,它把其他形式的能量轉換為電能供給電路,以維持電流的穩恒流動。

 
基本原理
單靠水位高低之差不能維持穩恒的水流,而借助于水泵持續地把水由低處送往高處就能維持一定的水位差而形成穩恒的水流。與此類似,單靠電荷所產生的靜電場不能維持穩恒的電流,而借助于直流電源,就可以利用非靜電作用(簡稱為“非靜電力”)使正電荷由電位較低的負極處經電源內部返回到電位較高的正極處,以維持兩個電極之間的電位差,從而形成穩恒的電流。
直流電源中的非靜電力是由負極指向正極的。當直流電源與外電路接通后,在電源外部(外電路),由于電場力的推動,形成由正極到負極的電流。而在電源內部(內電路),非靜電力的作用則使電流由負極流到正極,從而使電荷的流動形成閉合的循環。
表現電源本身的一個重要特征量是電源的電動勢,它等于單位正電荷從負極通過電源內部移到正極時非靜電力所作的功。
當電源的內電阻可以忽略不計時,可以認為電源的電動勢在量值上近似地等于電源兩極間的電位差或電壓。
為了取得較高的直流電壓,常將直流電源串聯使用,這時總電動勢為各電源的電動勢之和,總內阻也為各電源內電阻之和。由于內阻增大,一般只能用于所需電流強度較小的電路。為了取得較大的電流強度,可以將等電動勢的直流電源并聯使用,這時總電動勢即為單個電源的電動勢,總內阻為各電源內電阻的并聯值。
直流電源的類型很多,不同類型的直流電源中,非靜電力的性質不同,能量轉換的過程也不同。在化學電池(例如干電池、蓄電池等)中,非靜電力是與離子的溶解和沉積過程相聯系的化學作用,化學電池放電時,化學能轉化為電能和焦耳熱在溫差電源(例如金屬溫差電偶、半導體溫差電偶)中,非靜電力是與溫度差和電子的濃度差相聯系的擴散作用,溫差電源向外電路提供功率時,熱能部分地轉化為電能。在直流發電機中,非靜電力是電磁感應作用,直流發電機供電時,機械能轉化為電能與焦耳熱。在光電池中,非靜電力是光生伏打效應的作用,光電池供電時,光能轉化為電能和焦耳熱。

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