直流电路理论知识及计算公式详解

发布时间：2025-05-01 21:30

什么是直流？

在初中，我们了解到一切都是由原子构成的。这是三种粒子的产物：电子、质子和中子。顾名思义，中子不带电荷，而质子带正电，电子带负电。

在原子中，电子、质子和中子以稳定的形式保持在一起，但如果通过任何外部过程使电子与原子分离，它们将始终希望稳定在先前的位置，从而对质子产生吸引力。如果我们使用这些自由电子并将其推入形成电路的导体内，则潜在的吸引力会产生电位差。

如果电子的流动不改变他的路径并且在电路内单向流动或运动，则称为直流电或直流电。直流电压是恒压源。

在直流电的情况下，极性永远不会反转或随时间改变，而电流的流动会随时间变化。

实际上，没有完美的条件。对于自由电子流动的电路，情况也是如此。那些自由电子不会独立流动，因为导电材料不适合让电子自由流动。它确实通过一定的限制规则来反对电子的流动。对于这个问题，每个电子/电路都包含三个基本的独立量，称为 VI R。

电压（V）电流 (I)电阻(R)

这三个东西是基本的基本量，当我们看到或描述或制作与电气或电子相关的东西时，几乎在所有情况下都会出现。它们都有很好的关系，但它们在电子或电气基础知识中表示了三个不同的事物。

什么是电流？

如前所述，自由分离的电子在电路内部流动；这种电子流（电荷）称为电流。当在电路上施加电压源时，负电荷粒子以均匀的速率连续流动。该电流根据 SI 单位以安培为单位进行测量，并表示为I或i。按照这个单位，1 安培是 1 秒内携带的电量。电荷的基本单位是库仑。

1A 是电路或导体在 1 秒内携带的 1 库仑电荷。所以公式是

1A = 1 C/S

其中，C 表示为库仑，S 为秒。

在实际情况下，电子从负电源流向电源的正电源，但为了更好地理解与电路相关的传统电流，假设电流从正极流向负极。

在一些电路图中，我们经常会看到带有I或i的几个箭头所指的是电流的流向，这就是常规的电流流向。我们将在墙壁开关板上看到电流的使用为“最大额定 10安培”或在手机充电器中使用“最大充电电流为 1安培”等。

电流也用作前缀，带有子倍数，如千安 (103V)、毫安 (10-3A)、微安 (10-6A)、纳安 (10-9A) 等。

什么是电压？

电压是电路两点之间的电势差。它确实会通知在供电点中存储为电荷的势能。我们可以表示或测量电路节点、结点等任意两点之间的电压差。

两点之间的差异称为电位差或电压降。

该电压降或电势差以伏特为单位，符号为 V 或 v。电压越高表示容量越大，电荷保持越多。

如前所述，恒压源称为直流电压。如果电压随时间周期性变化，则为交流电压或交流电。

根据定义，一伏特是每充电一库仑消耗一焦耳的能量。关系如描述

V = 势能/电荷
或
1V = 1 J/C

其中，J 表示为焦耳，C 为库仑。

当1 安培的电流流过 1 欧姆的电阻时，会发生 1 伏电压降。

1V = 1A / 1R

其中 A 是安培，R 是以欧姆为单位的电阻。

电压也用作千伏 (10 3V)、毫伏 (10-3V)、微伏 (10-6V)、纳伏 (10-9V) 等分倍数的前缀。电压也是表示为负电压和正电压。

AC 电压常见于家用插座。在印度是 220V 交流电，在美国是 110V 交流电等。我们可以通过将此交流电转换为直流电或从电池、太阳能电池板、各种电源装置以及手机充电器获得直流电压。我们还可以使用逆变器将直流电转换为交流电。

非常重要的是要记住，电压可以在没有电流的情况下存在，因为它是两点之间的电压差或电势差，但如果两点之间没有任何电压差，电流就无法流动。

什么是电阻？

在这个世界上，没有什么是理想的，每种材料都有一定的规格来抵抗从中通过的电子流。材料的抗蚀剂容量是其电阻，以欧姆(Ω) 或欧米茄为单位测量。与电流和电压一样，电阻也有约数前缀，如千欧 (103Ω)、毫欧 (10-3Ω)、兆欧 (106Ω) 等。电阻无法测量消极的；它只是一个正值。

电阻通知电流通过的材料是良导体意味着低电阻还是坏导体意味着高电阻。与 1M Ω 相比，1 Ω 是一个非常低的电阻。

因此，有些材料具有非常低的电阻并且是良好的电导体。像铜、金、银、铝等。另一方面，有几种材料具有很高的电阻，因此是不良的电导体，例如玻璃、木材、塑料，并且由于高电阻和不良的导电能力，它们主要作为绝缘体用于绝缘目的。

此外，由于其在不良导体和良好导体之间导电的特殊能力，在电子产品中广泛使用的特殊类型的材料，它是半导体，顾名思义，它是自然界的半导体。晶体管，二极管，集成电路是使用半导体制成的。锗和硅是该领域广泛使用的半导体材料。

如前所述，阻力不能为负。但是电阻有两个特定的部分，一个是线性部分，另一个是非线性部分。我们可以应用与特定边界相关的数学计算来计算该线性电阻的电阻容量，另一方面，非线性分段电阻在该电阻器之间的电压和电流之间没有正确的定义或关系。

欧姆定律与 VI 的关系：

Georg Simon Ohm aka Georg Ohm 是一位德国物理学家，他发现了电压降、电阻和电流之间的比例关系。这种关系被称为欧姆定律。

在他的发现中，据说通过导体的电流与导体两端的电压成正比。如果我们将这一发现转化为数学形式，我们将看到

电流（安培）=电压/电阻
I（安培）= V / R

如果我们知道这三个实体的两个值中的任何一个，我们就可以找到第三个。

从上面的公式中，我们将找到三个实体，公式为：-

电压

V = I x R

输出将以伏特 (V) 为单位的电压

电流

I = V / R

输出将为以安培 (A) 为单位的电流

电阻

R = V/I

输出将以欧姆 (Ω)为单位的电阻

让我们使用负载为电阻的电路看看这三者的区别，电流表用于测量电流，电压表用于测量电压。

在上图中，一个串联连接的电流表为电阻负载提供电流，另一方面，一个电压表连接在电源两端以测量电压。

重要的是要记住，电流表需要为 0 电阻，因为它应该为流过它的电流提供 0 电阻，为此，理想的 0 欧姆电流表串联连接，但电压是电位差在两个节点中，电压表并联连接。

如果我们线性改变电压源的电流或电压源的电压或电源两端的负载电阻，然后测量单位，我们将产生以下结果：

在此图中，如果 R = 1，则电流和电压将按比例增加。V = I x 1 或 V = I。因此，如果电阻固定，则电压将随电流增加，反之亦然。

什么是功率？

功率要么产生，要么消耗，在电子或电气电路中，额定功率用于提供有关电路消耗多少功率以使其正确输出的信息。

根据自然法则，能量不能被破坏，但可以转移，例如电能通过电机时电能转化为机械能，或者电能在加热器上转化为热能。因此，加热器需要能量，即功率，以提供适当的散热，该功率是加热器在最大输出时的额定功率。

功率用符号W表示，单位为WATT。

功率是电压和电流的乘积。所以，

P = V×I

其中，P是以瓦特为单位的功率，V是电压，I是安培或电流。

它还具有子前缀，如千瓦 (103W)、毫瓦 (10-3W)、兆瓦 (106W) 等。

由于欧姆定律V = I x R和幂律是P = V x I ，因此我们可以使用V = I x R公式将V的值置于幂律中。那么幂律将是

P=I*R*I
或者
P = I 2 R

通过排列相同的东西，我们可以在其他东西不可用时找到最少的东西，公式在下面的矩阵中重新排列：

所以每一段由三个公式组成。在任何一种情况下，如果电阻变为 0，则电流将无穷大，称为短路状态。如果 电压变为 0，则电流不存在，瓦数将为 0，如果电流变为 0，则电路处于开路状态，其中存在电压但不存在电流，因此瓦数将再次为 0，如果瓦数为 0那么电路将不会消耗或产生任何功率。

电子流概念

电流通过充电点流动。实际上，由于电子是负粒子，它们从电源的负极流向正极。所以在实际电路中，电子电流从负极流向正极，但在我们之前描述的传统电流中，我们假设电流从正极流向负极。在下一张图片中，我们将很容易地理解电流的流动。