直流電(diàn)源有正
、負兩個電(diàn)極,正極的(de)電(diàn)位高
,負極的(de)電(diàn)位低,當兩個電(diàn)極與電(diàn)路連通後,能(néng)夠使電(diàn)路兩端之間維持恆定的(de)電(diàn)位差,從而在外電(diàn)路中形(xíng)成由正極到負極的(de)電(diàn)流
。直流電(diàn)源是一(yī)種能(néng)量轉(zhuǎn)換裝置(zhì)
,它把其(qí)他形(xíng)式的(de)能(néng)量轉(zhuǎn)換為電(diàn)能(néng)供給電(diàn)路
,以(yǐ)維持電(diàn)流的(de)穩恆流動
。
單靠(kào)水位高低之差不能(néng)維持穩恆的(de)水流
,而借助於水泵持續地把水由低處送往高處就能(néng)維持一(yī)定的(de)水位差而形(xíng)成穩恆的(de)水流。與此類似,單靠(kào)電(diàn)荷所產生的(de)靜電(diàn)場(chǎng)不能(néng)維持穩恆的(de)電(diàn)流
,而借助於直流電(diàn)源,就可(kě)以(yǐ)利用(yòng)非靜電(diàn)作用(yòng)(簡稱為"非靜電(diàn)力")使正電(diàn)荷由電(diàn)位較低的(de)負極處經電(diàn)源內部返回到電(diàn)位較高的(de)正極處,以(yǐ)維持兩個電(diàn)極之間的(de)電(diàn)位差
,從而形(xíng)成穩恆的(de)電(diàn)流
。
直流電(diàn)源中的(de)非靜電(diàn)力是由負極指向正極的(de)。當直流電(diàn)源與外電(diàn)路接(jiē)通後 ,在電(diàn)源外部(外電(diàn)路)
,由於電(diàn)場(chǎng)力的(de)推(tuī)動
,形(xíng)成由正極到負極的(de)電(diàn)流。而在電(diàn)源內部(內電(diàn)路)
,非靜電(diàn)力的(de)作用(yòng)則使電(diàn)流由負極流到正極,從而使電(diàn)荷的(de)流動形(xíng)成閉合的(de)循環。
表(biǎo)現電(diàn)源本身的(de)一(yī)個重要特徵量是電(diàn)源的(de)電(diàn)動勢,它等(děng)於單位正電(diàn)荷從負極通過電(diàn)源內部移到正極時(shí)非靜電(diàn)力所作的(de)功(gōng)。當電(diàn)源給電(diàn)路提(tí)供能(néng)量時(shí)
,所供給的(de)功(gōng)率P等(děng)於電(diàn)源的(de)電(diàn)動勢E與電(diàn)流I兩者的(de)乘積,P=E I。電(diàn)源的(de)另一(yī)個特徵量是它的(de)內電(diàn)阻(簡稱內阻)R0
,當通過電(diàn)源的(de)電(diàn)流為I時(shí)
,電(diàn)源內部損耗的(de)熱(rè)功(gōng)率(即單位時(shí)間內產生的(de)焦耳熱(rè))等(děng)於R0I
。
當直流電(diàn)源的(de)正
、負兩極沒有連通時(shí)
,電(diàn)源處於斷路(開路)狀(zhuàng)態
,這時(shí)電(diàn)源兩電(diàn)極之間的(de)電(diàn)位差在量值上即等(děng)於電(diàn)源的(de)電(diàn)動勢。在斷路狀(zhuàng)態下
,不發(fā)生非電(diàn)能(néng)與電(diàn)能(néng)的(de)相互(hù)轉(zhuǎn)換。當把負載電(diàn)阻接(jiē)到電(diàn)源的(de)兩極上以(yǐ)構成閉合迴路時(shí)
,通過電(diàn)源內部的(de)電(diàn)流從負極流到正極,這時(shí),電(diàn)源所提(tí)供的(de)功(gōng)率E I等(děng)於輸送到外電(diàn)路的(de)功(gōng)率U I(U是電(diàn)源正極與負極之間的(de)電(diàn)位差)與內電(diàn)阻中損耗的(de)熱(rè)功(gōng)率R0I之和(hé),E I=U IR0I
。於是,當電(diàn)源向負載電(diàn)阻提(tí)供功(gōng)率時(shí)
,電(diàn)源兩極間的(de)電(diàn)位差U=E-R0I
。
當用(yòng)另一(yī)個電(diàn)動勢較大的(de)電(diàn)源接(jiē)到電(diàn)動勢較小的(de)電(diàn)源上
,正極接(jiē)正極
,負極接(jiē)負極(例如用(yòng)直流發(fā)電(diàn)機對蓄電(diàn)池組充電(diàn))時(shí)
,在電(diàn)動勢較小的(de)電(diàn)源內部
,電(diàn)流是從它的(de)正極流到負極的(de)
,這時(shí),外界向電(diàn)源輸入電(diàn)功(gōng)率U I,它等(děng)於電(diàn)源中單位時(shí)間內儲(chǔ)存(cún)的(de)能(néng)量E I與內電(diàn)阻中損耗的(de)熱(rè)功(gōng)率R0I之和(hé)
,U I=E IR0I。於是,當外界向電(diàn)源輸入功(gōng)率時(shí),外界加到電(diàn)源兩極之間的(de)電(diàn)壓(yā)應為U=ER0I。
當電(diàn)源的(de)內電(diàn)阻可(kě)以(yǐ)忽略不計時(shí),可(kě)以(yǐ)認為電(diàn)源的(de)電(diàn)動勢在量值上近似地等(děng)於電(diàn)源兩極間的(de)電(diàn)位差或(huò)電(diàn)壓(yā)
。
為了取得較高的(de)直流電(diàn)壓(yā)
,常(cháng)將直流電(diàn)源串聯(lián)使用(yòng)
,這時(shí)總電(diàn)動勢為各電(diàn)源的(de)電(diàn)動勢之和(hé),總內阻也(yě)為各電(diàn)源內電(diàn)阻之和(hé)
。由於內阻增大
,一(yī)般只能(néng)用(yòng)於所需(xū)電(diàn)流強(qiáng)度(dù)較小的(de)電(diàn)路
。為了取得較大的(de)電(diàn)流強(qiáng)度(dù)
,可(kě)以(yǐ)將等(děng)電(diàn)動勢的(de)直流電(diàn)源並聯(lián)使用(yòng),這時(shí)總電(diàn)動勢即為單個電(diàn)源的(de)電(diàn)動勢
,總內阻為各電(diàn)源內電(diàn)阻的(de)並聯(lián)值
。
直流電(diàn)源的(de)類型(xíng)很(hěn)多
,不同(tóng)類型(xíng)的(de)直流電(diàn)源中,非靜電(diàn)力的(de)性質不同(tóng),能(néng)量轉(zhuǎn)換的(de)過程也(yě)不同(tóng)
。在化學電(diàn)池(例如乾(gàn)電(diàn)池
、蓄電(diàn)池等(děng))中
,非靜電(diàn)力是與離子的(de)溶(róng)解和(hé)沈積過程相聯(lián)系的(de)化學作用(yòng)
,化學電(diàn)池放電(diàn)時(shí)
,化學能(néng)轉(zhuǎn)化為電(diàn)能(néng)和(hé)焦耳熱(rè)在溫(wēn)差電(diàn)源(例如金(jīn)屬溫(wēn)差電(diàn)偶
、半(bàn)導體溫(wēn)差電(diàn)偶)中,非靜電(diàn)力是與溫(wēn)度(dù)差和(hé)電(diàn)子的(de)濃度(dù)差相聯(lián)系的(de)擴散作用(yòng),溫(wēn)差電(diàn)源向外電(diàn)路提(tí)供功(gōng)率時(shí),熱(rè)能(néng)部分(fèn)地轉(zhuǎn)化為電(diàn)能(néng)。在直流發(fā)電(diàn)機中,非靜電(diàn)力是電(diàn)磁感(gǎn)應作用(yòng)
,直流發(fā)電(diàn)機供電(diàn)時(shí),直流電(diàn)源機械(xiè)能(néng)轉(zhuǎn)化為電(diàn)能(néng)與焦耳熱(rè)。在光電(diàn)池中,非靜電(diàn)力是光生伏打效應的(de)作用(yòng)
,光電(diàn)池供電(diàn)時(shí)
,光能(néng)轉(zhuǎn)化為電(diàn)能(néng)和(hé)焦耳熱(rè)
。