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直流電源基本原理

更新時(shí)間:2018-09-11        閱讀量:2498

直流電源有正、負(fù)兩個(gè)電極,正極的電位高,負(fù)極的電位低,當(dāng)兩個(gè)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(fù)極的電流。直流電源是一種能量轉(zhuǎn)換裝置,它把其他形式的能量轉(zhuǎn)換為電能供給電路,以維持電流的穩(wěn)恒流動(dòng)。

基本原理
單靠水位高低之差不能維持穩(wěn)恒的水流,而借助于水泵持續(xù)地把水由低處送往高處就能維持一定的水位差而形成穩(wěn)恒的水流。與此類(lèi)似,單靠電荷所產(chǎn)生的靜電場(chǎng)不能維持穩(wěn)恒的電流,而借助于直流電源,就可以利用非靜電作用(簡(jiǎn)稱(chēng)為“非靜電力”)使正電荷由電位較低的負(fù)極處經(jīng)電源內(nèi)部返回到電位較高的正極處,以維持兩個(gè)電極之間的電位差,從而形成穩(wěn)恒的電流。
直流電源中的非靜電力是由負(fù)極指向正極的。當(dāng)直流電源與外電路接通后,在電源外部(外電路),由于電場(chǎng)力的推動(dòng),形成由正極到負(fù)極的電流。而在電源內(nèi)部(內(nèi)電路),非靜電力的作用則使電流由負(fù)極流到正極,從而使電荷的流動(dòng)形成閉合的循環(huán)。
表現(xiàn)電源本身的一個(gè)重要特征量是電源的電動(dòng)勢(shì),它等于單位正電荷從負(fù)極通過(guò)電源內(nèi)部移到正極時(shí)非靜電力所作的功。
當(dāng)電源的內(nèi)電阻可以忽略不計(jì)時(shí),可以認(rèn)為電源的電動(dòng)勢(shì)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(lián)使用,這時(shí)總電動(dòng)勢(shì)為各電源的電動(dòng)勢(shì)之和,總內(nèi)阻也為各電源內(nèi)電阻之和。由于內(nèi)阻增大,一般只能用于所需電流強(qiáng)度較小的電路。為了取得較大的電流強(qiáng)度,可以將等電動(dòng)勢(shì)的直流電源并聯(lián)使用,這時(shí)總電動(dòng)勢(shì)即為單個(gè)電源的電動(dòng)勢(shì),總內(nèi)阻為各電源內(nèi)電阻的并聯(lián)值。
直流電源的類(lèi)型很多,不同類(lèi)型的直流電源中,非靜電力的性質(zhì)不同,能量轉(zhuǎn)換的過(guò)程也不同。在化學(xué)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(guò)程相聯(lián)系的化學(xué)作用,化學(xué)電池放電時(shí),化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能和焦耳熱在溫差電源(例如金屬溫差電偶、半導(dǎo)體溫差電偶)中,非靜電力是與溫度差和電子的濃度差相聯(lián)系的擴(kuò)散作用,溫差電源向外電路提供功率時(shí),熱能部分地轉(zhuǎn)化為電能。在直流發(fā)電機(jī)中,非靜電力是電磁感應(yīng)作用,直流發(fā)電機(jī)供電時(shí),機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能與焦耳熱。在光電池中,非靜電力是光生伏打效應(yīng)的作用,光電池供電時(shí),光能轉(zhuǎn)化為電能和焦耳熱。

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