直流電路簡介

直流電流只會(huì)在電路閉合時(shí)流通，而在電路斷開時(shí)完全停止流動(dòng)。在電源外，正電荷經(jīng)電阻從高電勢處流向低電勢處，在電源內(nèi)，靠電源的非靜電力的作用，克服靜電力，再把正電荷從低電勢處"搬運(yùn)"到達(dá)高電勢處，如此循環(huán)，構(gòu)成閉合的電流線。所以，在直流電路中，電源的作用是提供不隨時(shí)間變化的恒定電動(dòng)勢，為在電阻上消耗的焦耳熱補(bǔ)充能量。 比如說我們用的手電筒(用干電池的)，就構(gòu)成一個(gè)直流電路，一般來說，把干電池，蓄電池當(dāng)作電源的電路就可以看做直流電路，你要把市電經(jīng)過整流橋，變壓之后，作為電源而構(gòu)成的電路，也是直流電路,普遍的低電壓電器都是利用直流電的，特別是電池供電的電器。大部分的電路都要求直流電源。但是我們電視機(jī)，電燈等家用電器所用的電都是交流電，它們就是交流電路。

由歐姆定律I=U/R的推導(dǎo)式R=U/I或U=IR不能說導(dǎo)體的電阻與其兩端的電壓成正比，與通過其的電流成反比，因?yàn)閷?dǎo)體的電阻是它本身的一種性質(zhì)，取決于導(dǎo)體的長度、橫截面積、材料和溫度、濕度，即使它兩端沒有電壓，沒有電流通過，它的阻值也是一個(gè)定值。在歐姆定律里，電阻與電流、電壓無關(guān)。并不是每一種元件都遵守歐姆定律。歐姆定律是經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)而推斷的法則，只有在理想狀況下，才會(huì)成立。凡是遵守歐姆定律的元件或電路都稱為"歐姆元件"或"歐姆電路"或"歐姆式導(dǎo)體"，(這個(gè)定值在一般情況下，可以看做是不變的，因?yàn)閷?duì)于光敏電阻和熱敏電阻來說，電阻值是不定的。對(duì)于一般的導(dǎo)體來講，還存在超導(dǎo)的現(xiàn)象，這些都會(huì)影響電阻的阻值，也不得不考慮。)導(dǎo)體中的電流，跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比，跟導(dǎo)體的電阻成反比(I=U/R) 。

標(biāo)準(zhǔn)式:R=U/I 部分電路歐姆定律公式:I=U/R或I=U/R=GU(I=U/R)。

定義:在電壓一定時(shí)，導(dǎo)體中通過的電流和導(dǎo)體的電阻成反比。( 其中G= 1/R，電阻R的倒數(shù)G叫做電導(dǎo)，其國際單位制為西門子(S)。)

I=Q/t 電流=電荷量/時(shí)間(單位均為國際單位制)也就是說:電流=電壓/ 電阻或者電壓=電阻×電流『只能用于計(jì)算電壓、電阻，并不代表電阻和電壓或電流有變化關(guān)系』

適用范圍

歐姆定律適用于金屬導(dǎo)電和電解液導(dǎo)電，在氣體導(dǎo)電和半導(dǎo)體元件等中歐姆定律將不適用。

含有電源的閉合電路。

I=E/(R+r)=(Ir+U)/(R+r)

I-電流安培(A) E-電動(dòng)勢伏特(V) R-電阻歐姆(Ω)

r-內(nèi)電阻歐姆(Ω) U-電壓伏特(V)

其中E為電動(dòng)勢,R為外電路電阻，r為電源內(nèi)阻，內(nèi)電壓U內(nèi)=Ir,E=U內(nèi)+U外。

只適用于純電阻電路路端電壓與外電阻的關(guān)系。

①當(dāng)外電阻R增大時(shí)，根據(jù)I=E/(R+r)可知，電流I減小(E和r為定值)，內(nèi)電壓Ir減少，根據(jù)U=E-Ir可知路端電壓U增大。

特例:當(dāng)外電路斷開時(shí)，R=∞，I=0，Ir=0，U=E。即電源電動(dòng)勢在數(shù)值上等于外電路開路時(shí)的電壓。

②當(dāng)外電阻R減少時(shí)，根據(jù)I=E/(R+r)可知，電流I增大(E和r為定值)，內(nèi)電壓Ir增大，根據(jù)U=E-Ir可知路端電壓U減小。

特例:當(dāng)外電阻R=0(短路)時(shí)，I=E/r，內(nèi)電阻Ir=E，路端電壓U=0。(實(shí)際使用時(shí)要注意防止短路事故發(fā)生)

負(fù)載是指連接在電路中的電源兩端的電子元件.把電能轉(zhuǎn)換成其他形式的能的裝置叫做負(fù)載。

焦耳定律是定量說明傳導(dǎo)電流將電能轉(zhuǎn)換為熱能的定律。內(nèi)容是:電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導(dǎo)體的電阻成正比，跟通電的時(shí)間成正比。

焦耳定律數(shù)學(xué)表達(dá)式:Q=I2×Rt(適用于所有電路);對(duì)于純電阻電路可推導(dǎo)出:Q=W=PT;Q=UIT;Q=(/R)T

電場力做的功叫電功，.電場力做功使電荷定向移動(dòng)產(chǎn)生電流。

電流所做的功跟電壓、電流和通電時(shí)間成正比。電流所做的功叫做電功，如果電壓U的單位用伏特(V)，電流I的單位用安培(A)，時(shí)間t的單位用秒(S)。電功W的單位用焦耳(J)，那么，計(jì)算電功的公式是:

W=pt=UIt=uq(q為電荷)

電流在某段電路上所做的功，等于這段電路兩端的電壓、電路中的電流和通電時(shí)間的乘積

在純電阻電路(無電動(dòng)機(jī))中的公式

(1)W=Q=Rt(Q為電熱,一般在串聯(lián)電路中使用)

(2)W=Q=(/R)t (一般在并聯(lián)電路中使用)

電功率

作為表示消耗電能快慢的物理量，一個(gè)用電器功率的大小數(shù)值上等于它在1秒內(nèi)所消耗的電能。如果在"t"(SI單位為s)這么長的時(shí)間內(nèi)消耗的電能"W"(SI單位為J)，那么這個(gè)用電器的電功率就是P=W/t(定義式)電功率等于導(dǎo)體兩端電壓與通過導(dǎo)體電流的乘積。

(P=U·I)對(duì)于純電阻電路，計(jì)算電功率還可以用公式P=I^2 R和P=U^2 /R。

每個(gè)用電器都有一個(gè)正常工作的電壓值叫額定電壓，用電器在額定電壓

下正常工作的功率叫做額定功率，用電器在實(shí)際電壓下工作的功率叫做實(shí)際功率。

1瓦特(1W)=1焦/秒(1J/s)=1伏·安(1V·A)

①W-電能-焦耳(J)②W= 1kw·h=3.6×10^6J

t-時(shí)間-秒(s) t=1小時(shí)(h)=3600秒(s)

P-用電器的功率-瓦特(W)P=1kw=1000w

直流電能的傳輸過程

在直流電路的情況，在導(dǎo)線內(nèi)，電源產(chǎn)生的縱向電場把作用力施加于金屬導(dǎo)線內(nèi)的自由電子，靜電場的電勢差驅(qū)動(dòng)了電子，形成了電流。電子的勢能轉(zhuǎn)化為電子的動(dòng)能，消耗了電功率;同時(shí)，電池的化學(xué)能產(chǎn)生了電動(dòng)勢，補(bǔ)充了電能，完成了能量的轉(zhuǎn)化和守恒。所以，直流電能完全是在金屬導(dǎo)線內(nèi)部傳輸?shù)摹?/p>

由于直流電路內(nèi)的電位差以及電流，在金屬導(dǎo)線界面外產(chǎn)生了穩(wěn)定的環(huán)型磁場以及靜電場。所以，坡印廷矢量僅僅是數(shù)學(xué)上的定義，事實(shí)上沒有形成真實(shí)的能流，也就是說，沒有電磁能流從導(dǎo)線外部傳輸?shù)綄?dǎo)線內(nèi)部。

在直流電路中，電功率P = IV, 單位體積的電功率密度為:p =J ·E

串聯(lián)電路是將整個(gè)電路串在一起，(包括用電器、導(dǎo)線、開關(guān)、電源)串聯(lián)電路的特點(diǎn):

(1)電流只有一條通路

(2)開關(guān)控制整個(gè)電路的通斷

(3)各用電器之間相互影響

1.串聯(lián)電路電流處處相等:I總= I1 = I2 = I3 =……= In

2.串聯(lián)電路總電壓等于各處電壓之和:U原=U1+U2+U3+……+Un

3.串聯(lián)電阻的等效電阻等于各電阻之和:R總=R1+R2+R3+……+Rn

4.串聯(lián)電路總功率等于各功率之和:P總=P1+P2+P3+……+Pn【推導(dǎo)式:P1P2/(P1+P2)】

5.串聯(lián)電容器的等效電容量的倒數(shù)等于各個(gè)電容器的電容量的倒數(shù)之和:1/C總=1/C1+1/C2+……+1/Cn

6.串聯(lián)電路中，除電流處處相等以外，其余各物理量之間均成正比(串聯(lián)電路又名分壓電路):(電流做的功指在通電相同時(shí)間內(nèi)的大小)R1∶R2=U1∶U2=P1∶P2=W1∶W2=Q1∶Q2 。

電路電源和測量并聯(lián)是將并聯(lián)電路并列連接的電路;并聯(lián)電路的特點(diǎn):(1)電路有若干條通路。(2)干路開關(guān)控制所有的用電器，支路開關(guān)控制所在支路的用電器。(3)各用電器相互無影響。而且在串聯(lián)電路中電流處處相等;在并聯(lián)電路中電壓處處相等;串聯(lián)的優(yōu)點(diǎn):所以在電路中，若想控制所有電路，即可使用串聯(lián)的電路;串聯(lián)的缺點(diǎn);若電路中有一個(gè)用電器壞了，整個(gè)電路意味這都斷了。并聯(lián)的優(yōu)點(diǎn):可將一個(gè)用電獨(dú)器立完成工作，適合于在馬路兩邊的路燈。并聯(lián)的缺點(diǎn):若并聯(lián)電路，各處電流加起來才等于總電流，由此可見，并聯(lián)電路中電流消耗大。 1、并聯(lián)電路中各支路的電壓都相等，并且等于電源電壓。 U=U1=U2 2、并聯(lián)電路中的干路電流(或說總電流)等于各支路電流之和。 I=I1+I2 3、并聯(lián)電路中的總電阻的倒數(shù)等于各支路電阻的倒數(shù)和。 1/R=1/R1+1/R2或?qū)憺?R=R1*R2/(R1+R2) 4、并聯(lián)電路中的各支路電流之比等于各支路電阻的反比。 I1/I2=R2/R1 5、并聯(lián)電路中各支路的功率之比等于各支路電阻的反比。 P1/P2=R2/R1 6.并聯(lián)電路增加用電器相當(dāng)于增加電阻的橫截面積定義:用電器并列連接在電路中特點(diǎn):電路可分為干路和支路,一條支路斷開,另一條支路還能可以形成電流的通路,所以不可以用短接法排除電路故障混連

1、支路:

(1)每個(gè)元件就是一條支路

(2)串聯(lián)的元件我們視它為一條支路

(3)流入等于流出的電流的支路。

2、節(jié)點(diǎn):

(1)支路與支路的連接點(diǎn)

(2)兩條以上的支路的連接點(diǎn)

(3)廣義節(jié)點(diǎn)(任意閉合面)。

3、回路:

(1)閉合的支路

(2)閉合節(jié)點(diǎn)的集合。

4、網(wǎng)孔:

(1)其內(nèi)部不包含任何支路的回路

(2)網(wǎng)孔一定是回路，但回路不一定是網(wǎng)孔。

復(fù)雜電路定義:無法直接用串聯(lián)和并聯(lián)電路的規(guī)律求出整個(gè)電路的電阻時(shí)，稱之為復(fù)雜電路。

第一定律又稱基爾霍夫電流定律，簡記為KCL，是電流的連續(xù)性在集總參數(shù)電路上的體現(xiàn)，其物理背景是電荷守恒公理?；鶢柣舴螂娏鞫墒谴_定電路中任意節(jié)點(diǎn)處各支路電流之間關(guān)系的定律，因此又稱為節(jié)點(diǎn)電流定律，它的內(nèi)容為:在任一瞬時(shí)，流向某一結(jié)點(diǎn)的電流之和恒等于由該結(jié)點(diǎn)流出的電流之和入。

第二定律又稱基爾霍夫電壓定律，簡記為KVL，是電場為位場時(shí)電位的單值性在集總參數(shù)電路上的體現(xiàn)，其物理背景是能量守恒公理?；鶢柣舴螂妷憾墒谴_定電路中任意回路內(nèi)各電壓之間關(guān)系的定律，因此又稱為回路電壓定律，它的內(nèi)容為:在任一瞬間，沿電路中的任一回路繞行一周，在該回路上電動(dòng)勢之和恒等于各電阻上的電壓降之和，即:

電動(dòng)勢E和U的方向是相反的

1 確定個(gè)電阻上的電流方向

2 確定個(gè)元件上的電壓方向

3 確定回路的繞行方向

4 確定回路方程中電壓的正負(fù)號(hào)

確定支路數(shù)、節(jié)點(diǎn)數(shù)、網(wǎng)孔數(shù)

確定各支路的電流方向

確定網(wǎng)孔繞行方向

列出節(jié)點(diǎn)電流方程m-1

列出回路電壓方程(網(wǎng)孔數(shù))

解方程

測量直流電路中電流、電壓、電阻、電源電動(dòng)勢等物理量的儀表稱為直流儀表。常用的有電流計(jì)，安培計(jì)，伏特計(jì)，電橋，電勢差計(jì)等。直流電源有化學(xué)電池，燃料電池，溫差電池，太陽能電池，直流發(fā)電機(jī)等。直流電主要應(yīng)用于各種電子儀器，電解，電鍍，直流電力拖動(dòng)等方面。