为什么直流充电电源是一种能量转换装置

直流电源有正、负两个电极,正极的电位高,负极的电位低,当两个电极与电路连通后,能够使电路两头之间保持稳定的电位差,然后在外电路中构成由正极到负极的电流。
单靠水位凹凸之差不能保持稳恒的水流,而借助于水泵继续地把水由低处送往高处就能保持必定的水位差而构成稳恒的水流。与此相似,单靠电荷所发生的静电场不能保持稳恒的电流,而借助于直流电源,就能够利用非静电效果(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,以保持两个电极之间的电位差,然后构成稳恒的电流。因此,直流电源是一种能量转换设备,它把其他形式的能量转换为电能供应电路,以保持电流的稳恒活动。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),因为电场力的推进,构成由正极到负极的电流。而在电源内部(内电路),非静电力的效果则使电流由负极流到正极,然后使电荷的活动构成闭合的循环。
 
线性可调稳压稳流直流电源体现电源自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经过电源内部移到正极时非静电力所作的功。当电源给电路供给能量时,所供应的功率P等于电源的电动势E与电流I两者的乘积,P=E I。电源的另一个特征量是它的内电阻(简称内阻)R0,当经过电源的电流为I时,电源内部损耗的热功率(即单位时间内发生的焦耳热)等于R0I。
  当电源的正、负南北极没有连通时,电源处于断路(开路)状况,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。在断路状况下,不发生非电能与电能的彼此转换。当把负载电阻接到电源的南北极上以构成闭合回路时,经过电源内部的电流从负极流到正极,这时,电源所供给的功率E I等于输送到外电路的功率U I(U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R0I之和,E I=U IR0I。所以,当电源向负载电阻供给功率时,电源南北极间的电位差U=E-R0I。
  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U I,它等于电源中单位时间内贮存的能量E I与内电阻中损耗的热功率R0I之和,U I=E IR0I。所以,当外界向电源输入功率时,外界加到电源南北极之间的电压应为U=ER0I。
  当电源的内电阻能够忽略不计时,能够认为电源的电动势在量值上近似地等于电源南北极间的电位差或电压。
  为了获得较高的直流电压,常将直流电源串联运用,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。因为内阻增大,一般只能用于所需电流强度较小的电路。为了获得较大的电流强度,能够将等电动势的直流电源并联运用,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。
  直流电源的类型许多,不同类型的直流电源中,非静电力的性质不同,能量转换的进程也不同。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堆积进程相联系的化学效果,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效果,温差电源向外电路供给功率时,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效果,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效果,光电池供电时,光能转化为电能和焦耳热。

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