直流電路

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，電燈等家用電器所用的電都是交流電，它們就是交流電路。

由歐姆定律的推導式或不能說導體的電阻與其兩端的電壓成正比，與通過其的電流成反比，因為導體的電阻是它本身的一種性質，取決於導體的長度、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，它的阻值也是一個定值。在歐姆定律里，電阻與電流、電壓無關。並不是每一種元件都遵守歐姆定律。歐姆定律是經過多次實驗而推斷的法則，只有在理想狀況下，才會成立。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“歐姆式導體”，（這個定值在一般情況下，可以看做是不變的，因為對於光敏電阻和熱敏電阻來說，電阻值是不定的。對於一般的導體來講，還存在超導的現象，這些都會影響電阻的阻值，也不得不考慮。）導體中的電流，跟導體兩端的電壓成正比，跟導體的電阻成反比。

標準式：　部分電路歐姆定律公式：。

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

　電流=電荷量/時間(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『只能用於計算電壓、電阻，並不代表電阻和電壓或電流有變化關係』

適用範圍

歐姆定律適用於金屬導電和電解液導電，在氣體導電和半導體元件等中歐姆定律將不適用。

含有電源的閉合電路。

I-電流安培（A）　E-電動勢伏特（V）R-電阻歐姆（Ω）

r-內電阻歐姆（Ω）U-電壓伏特（V）

其中E為電動勢,R為外電路電阻，r為電源內阻，內電壓

只適用於純電阻電路路端電壓與外電阻的關係。

①當外電阻R增大時，根據可知，電流I減小(E和r為定值)，內電壓Ir減少，根據可知路端電壓U增大。

特例：當外電路斷開時，。即電源電動勢在數值上等於外電路開路時的電壓。

②當外電阻R減少時，根據可知，電流I增大(E和r為定值)，內電壓增大，根據可知路端電壓U減小。

特例：當外電阻(短路)時，內電阻，路端電壓(實際使用時要注意防止短路事故發生)

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

焦耳定律是定量說明傳導電流將電能轉換為熱能的定律。內容是：電流通過導體產生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導體的電阻成正比，跟通電的時間成正比。

焦耳定律數學表達式：（適用於所有電路）；對於純電阻電路可推導出：

電場力做的功叫電功，.電場力做功使電荷定向移動產生電流。

電流所做的功跟電壓、電流和通電時間成正比。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)，時間t的單位用秒(S)。電功W的單位用焦耳(J)，那麼，計算電功的公式是：

（q為電荷）

電流在某段電路上所做的功，等於這段電路兩端的電壓、電路中的電流和通電時間的乘積

在純電阻電路(無電動機）中的公式

（1）（Q為電熱，一般在串聯電路中使用）

（2）(一般在並聯電路中使用)

電功率

作為表示消耗電能快慢的物理量，一個用電器功率的大小數值上等於它在1秒內所消耗的電能。如果在"t"（SI單位為s）這麼長的時間內消耗的電能“W”（SI單位為J），那麼這個用電器的電功率就是（定義式）電功率等於導體兩端電壓與通過導體電流的乘積。

對於純電阻電路，計算電功率還可以用公式和。

每個用電器都有一個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，用電器在實際電壓下工作的功率叫做實際功率。

1瓦特（1W）=1焦/秒(1J/s)=1伏·安(1V·A)

①W—電能—焦耳（J）②

t—時間—秒(s)小時（h）=3600秒(s)

P—用電器的功率—瓦特（W）

直流電能的傳輸過程

在直流電路的情況，在導線內，電源產生的縱向電場把作用力施加於金屬導線內的自由電子，靜電場的電勢差驅動了電子，形成了電流。電子的勢能轉化為電子的動能，消耗了電功率；同時，電池的化學能產生了電動勢，補充了電能，完成了能量的轉化和守恆。所以，直流電能完全是在金屬導線內部傳輸的。

由於直流電路內的電位差以及電流，在金屬導線界面外產生了穩定的環型磁場以及靜電場。所以，坡印廷矢量僅僅是數學上的定義，事實上沒有形成真實的能流，也就是說，沒有電磁能流從導線外部傳輸到導線內部。

在直流電路中，電功率單位體積的電功率密度為：

串聯電路是將整個電路串在一起，（包括用電器、導線、開關、電源）串聯電路的特點：

（1）電流只有一條通路

（2）開關控制整個電路的通斷

（3）各用電器之間相互影響

1．串聯電路電流處處相等：

2．串聯電路總電壓等於各處電壓之和：

3．串聯電阻的等效電阻等於各電阻之和：

4．串聯電路總功率等於各功率之和：【推導式：】

5．串聯電容器的等效電容量的倒數等於各個電容器的電容量的倒數之和：

6．串聯電路中，除電流處處相等以外，其餘各物理量之間均成正比(串聯電路又名分壓電路)：（電流做的功指在通電相同時間內的大小）。

電路電源和測量並聯是將並聯電路並列連接的電路；並聯電路的特點：（1）電路有若干條通路。（2）幹路開關控制所有的用電器，支路開關控制所在支路的用電器。（3）各用電器相互無影響。而且在串聯電路中電流處處相等；在並聯電路中電壓處處相等；串聯的優點：所以在電路中，若想控制所有電路，即可使用串聯的電路；串聯的缺點；若電路中有一個用電器壞了，整個電路意味這都斷了。並聯的優點：可將一個用電獨器立完成工作，適合於在馬路兩邊的路燈。並聯的缺點：若並聯電路，各處電流加起來才等於總電流，由此可見，並聯電路中電流消耗大。　1、並聯電路中各支路的電壓都相等，並且等於電源電壓。 2、並聯電路中的幹路電流（或說總電流）等於各支路電流之和。 3、並聯電路中的總電阻的倒數等於各支路電阻的倒數和。　或寫為：　4、並聯電路中的各支路電流之比等於各支路電阻的反比。 5、並聯電路中各支路的功率之比等於各支路電阻的反比。 6.並聯電路增加用電器相當於增加電阻的橫截面積定義：用電器並列連接在電路中特點：電路可分為幹路和支路，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）每個元件就是一條支路

（2）串聯的元件我們視它為一條支路

（3）流入等於流出的電流的支路。

2、節點：

（1）支路與支路的連接點

（2）兩條以上的支路的連接點

（3）廣義節點（任意閉合面）。

3、迴路：

（1）閉合的支路

（2）閉合節點的集合。

4、網孔：

（1）其內部不包含任何支路的迴路

（2）網孔一定是迴路，但迴路不一定是網孔。

複雜電路定義：無法直接用串聯和並聯電路的規律求出整個電路的電阻時，稱之為複雜電路。

第一定律又稱基爾霍夫電流定律，簡記為KCL，是電流的連續性在集總參數電路上的體現，其物理背景是電荷守恆公理。基爾霍夫電流定律是確定電路中任意節點處各支路電流之間關係的定律，因此又稱為節點電流定律，它的內容為：在任一瞬時，流向某一結點的電流之和恆等於由該結點流出的電流之和入。

第二定律又稱基爾霍夫電壓定律，簡記為KVL，是電場為位場時電位的單值性在集總參數電路上的體現，其物理背景是能量守恆公理。基爾霍夫電壓定律是確定電路中任意迴路內各電壓之間關係的定律，因此又稱為迴路電壓定律，它的內容為：在任一瞬間，沿電路中的任一迴路繞行一周，在該迴路上電動勢之和恆等於各電阻上的電壓降之和，即：

電動勢E和U的方向是相反的

1確定個電阻上的電流方向

2確定個元件上的電壓方向

3確定迴路的繞行方向

4確定迴路方程中電壓的正負號

確定支路數、節點數、網孔數

確定各支路的電流方向

確定網孔繞行方向

列出節點電流方程

列出迴路電壓方程（網孔數）

解方程

測量直流電路中電流、電壓、電阻、電源電動勢等物理量的儀錶稱為直流儀錶。常用的有電流計，安培計，伏特計，電橋，電勢差計等。直流電源有化學電池，燃料電池，溫差電池，太陽能電池，直流發電機等。直流電主要應用於各種電子儀器，電解，電鍍，直流電力拖動等方面。

在電力傳輸上，19世紀80年代以後，由於不便於將直流電低電壓升至高電壓進行遠距離傳輸，直流輸電曾讓位於交流輸電。20世紀60年代以來，由於採用高電壓、大功率變流器將直流電變為交流電，直流輸電系統又重新受到重視並獲得新的發展。