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直流电源的基本原理
添加时间: 2018-7-2 15:21:11 来源: 作者: 点击数:949

单靠水位高低之差不能维持稳恒的水流,而借助于水泵持续地把水由低处送往高处就能维持一定的水位差而形成稳恒的水流。与此类似,单靠电荷所产生的静电场不能维持稳恒的电流,而借助于直流电源,就可以利用非静电作用(简称为“ 非静电力”)使正电荷由电位较低的负极处经电源内部返回到电位较高的正极处,以维持两个电极之间的电位差,从而形成稳恒的电流。

直流电源中的非静电力是由负极指向正极的。当直流电源与外电路接通后,在电源外部(外电路),由于电场力的推动,形成由正极到负极的电流。而在电源内部(内电路),非静电力的作用则使电流由负极流到正极,从而使电荷的流动形成闭合的循环。

表现电源本身的一个重要特征量是电源的电动势,它等于单位正电荷从负极通过电源内部移到正极时非静电力所作的功。当电源给电路提供能量时,所供给的功率 等于电源的电动势 与电流 两者的乘积, = 。电源的另一个特征量是它的 内电阻(简称内阻) 0,当通过电源的电流为 时,电源内部损耗的 热功率(即单位时间内产生的焦耳热)等于 0 。

当电源的正、负两极没有连通时,电源处于断路( 开路)状态,这时电源两电极之间的电位差在量值上即等于电源的电动势。在断路状态下,不发生非电能与电能的相互转换。当把 负载电阻接到电源的两极上以构成闭合回路时,通过电源内部的电流从负极流到正极,这时,电源所提供的功率 等于输送到外电路的功率 ( 是电源正极与负极之间的电位差)与内电阻中损耗的热功率 0 之和, = 0 。于是,当电源向负载电阻提供功率时,电源两极间的电位差 = - 0 。

当用另一个电动势较大的电源接到电动势较小的电源上,正极接正极,负极接负极(例如用直流发电机对 蓄电池组充电)时,在电动势较小的电源内部,电流是从它的正极流到负极的,这时,外界向电源输入电功率 ,它等于电源中单位时间内储存的能量 与内电阻中损耗的热功率 0 之和, = 0 。于是,当外界向电源输入功率时,外界加到电源两极之间的电压应为 = 0 。

当电源的内电阻可以忽略不计时,可以认为电源的电动势在量值上近似地等于电源两极间的电位差或电压。

为了取得较高的直流电压,常将直流电源串联使用,这时总电动势为各电源的电动势之和,总内阻也为各电源内电阻之和。由于内阻增大,一般只能用于所需电流强度较小的电路。为了取得较大的电流强度,可以将等电动势的直流电源并联使用,这时总电动势即为单个电源的电动势,总内阻为各电源内电阻的并联值。

直流电源的类型很多,不同类型的直流电源中,非静电力的性质不同,能量转换的过程也不同。在化学电池(例如干电池、 蓄电池等)中,非静电力是与离子的溶解和沉积过程相联系的化学作用,化学电池放电时,化学能转化为电能和焦耳热在温差电源(例如金属温差电偶、半导体温差电偶)中,非静电力是与温度差和电子的浓度差相联系的扩散作用,温差电源向外电路提供功率时,热能部分地转化为电能。在直流发电机中,非静电力是 电磁感应作用,直流发电机供电时, 机械能转化为 电能与 焦耳热。在光电池中,非静电力是 光生伏打效应的作用,光电池供电时,光能转化为电能和焦耳热。

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