直流電路（direct current circuit，dc circuit），又稱直流電阻電路，是指電路中的電流大小和方向均不隨時間發生變化的電路。
1800年，意大利物理學家亞歷山德羅·伏特制成了世界上最早的電池——伏打電堆，它成為第一個能產生穩定、持續電流的裝置。1820年，法國化學家安德烈·安培建立了安培定律，奠定了電磁理論的基礎。后來，英國物理學家邁克爾·法拉第先后建立了世界上第一臺電機和世界上第一臺真正意義上的電機——法拉第圓盤發電機。1832年，法國的儀器制造商皮克西研制出一種安裝了兩個線圈的手搖直流發電機。一年后，他在發電機上安裝整流子，將交流電變為直流電。直流電路主要由電源、電阻、開關等元件構成，常用電阻R、電流I、電動勢E、端電壓U來描述，其電壓和電流的方向有實際方向和參考方向之分。直流電路的基本原理有歐姆定律、基爾霍夫定律等，常見的分析方法主要包括支路電流法、節點電壓法、電源等效變換法等，還可以利用疊加原理、等效電源定理進行求解。
直流電路主要應用于各種電子儀器、電解、電鍍、直流電力拖動等方面。直流電的最大優勢是簡單易行，也常用于輸電環節。
定義
直流電路是從電路中電流的大小和方向是否改變的角度劃分的類別，它由直流電源供電，由恒壓源、恒流源和電阻器任意組合組成。具體而言，直流是指方向和量值不隨時間變化的電流；電路是電流通過的路徑，是各種電氣設備或元件按一定方式連接起來的統稱。從廣義上來說，電路的結構形式和所能完成的任務多種多樣，包括日常生活中使用的用電設備，工、農業生產中用到的各種生產機械的電器控制部分及計算機、各種測試儀表等。下圖所示的手電筒電路是最簡單的直流電路。
結合手電筒電路來理解直流電路，手電筒一般由電池、筒體、筒體開關和小燈泡組成。筒體是聯接設備，它將電池、筒體開關和小燈泡聯接便構成手電筒。在手電筒電路中，電池電壓能在一段時間之內保持不變，燈泡將電池在燈泡中產生的電流轉換為光能，該電路在一段時間內電流大小和方向均不隨時間發生變化，故為直流電路。
在直流電路中，電源（如電池、電容器等）有正、負端，負載也有正、負端。正電荷需要從電源流向負載以完成電路。電荷將返回到負載的負極端子，又流回電池的負極端子，從而完成電路。如果正極或負極端子斷開，電路將不完整，電荷將不會流動。在部分直流電路應用中，極性并不重要，即正負極接反，電路仍然完整，負載仍然正常工作。然而，在大多數直流應用中，極性很重要，反接電路將導致負載無法正常工作。
歷史沿革
1800年，意大利物理學家亞歷山德羅·伏特根據電鰩放電的原理，制成了世界上最早的電池——伏打電堆。伏打堆一端帶正電，另一端帶負電，是第一個能產生穩定、持續電流的裝置。1820年，丹麥物理學家漢斯·奧斯特發現了電流磁效應，揭示了電磁相互聯系的客觀事實，打開了物理學新領域——電磁學的大門。隨后，法國化學家安德烈·安培推測，電流沿一個方向從正極流向負極。安培為建立電流間的作用定律而進行實驗研究，通過總結電流在磁場中所受機械力的情況建立了安培定律，奠定了電磁理論的基礎。
1821年9月，英國物理學家邁克爾·法拉第發現通電的導線能繞永久磁鐵旋轉以及磁體繞載流導體的運動，第一次實現了電磁運動向機械運動的轉換，從而建立了電動機的實驗室模型，被認為是世界上第一臺電機。1822年，法國的阿拉戈·蓋·呂薩克發明電磁鐵，即用電流通過繞線的方法使其中鐵塊磁化。1831年，法拉第發現電磁感應現象后不久，他利用電磁感應發明了世界上第一臺真正意義上的電機——法拉第圓盤發電機。1832年，法國的儀器制造商皮克西根據法拉第發現的電磁感應原理，成功研制了一種安裝了兩個線圈的手搖直流發電機。一年后，他在發電機上安裝整流子，將交流電變為直流電。
在電力傳輸上，1947年，美國貝爾實驗室研制出世界上首個晶體管，可方便地應用于增高和降低電壓，特別是對平穩的直流電猶為便利，大大降低了輸電成本。19世紀80年代以后，由于不便于將直流電由低電壓升高至高電壓以進行遠距離傳輸，直流電輸電曾讓位于交流電。20世紀60年代以來，由于采用高電壓大功率變流器將直流電變為交流電，直流輸電系統重新受到重視并獲得新的發展。自20世紀70年代出現后，高壓直流輸電工程的電壓和容量等級也不斷提高，成為長距離輸電的有效手段。
相關概念
直流電路中電流的大小和方向均不會發生變化，相關概念有直流電、端電壓、電動勢、電功率等，理解電壓、電流的方向（或稱為極性）是分析直流電路的基礎。
直流
在直流電路中，習慣上規定：正電荷運動的方向或負電荷運動的相反方向為電流的實際方向。電流的單位是安培（A），微小電流以毫安（mA）或微安（μA）為計量單位。直流電流是指方向不隨時間變化的電流，其中大小和方向都不隨時間變化的電流稱為穩恒直流或恒定電流，簡稱直流（direct current），記為DC或dc，直流電流要用大寫字母I表示。
電壓
電壓又稱“電壓”，是指電路中兩點 A、B 之間的電位差，其大小等于單位正電荷因受電場力作用從A點移動到B點所做的功，電壓的方向規定為從高電位指向低電位的方向。在國際單位制中，電壓的單位是伏特（V），微小電壓以毫伏（mV）或微伏（μV）為計量單位。其中大小及方向都不隨時間變化的電壓，稱之為穩恒電壓或恒定電壓，簡稱直流電 壓，用大寫字母U表示。
電動勢
電動勢，是指正極增加的電能。其定義為：電源內部，外力將單位正電荷由負極移到正極所做的功，用US或E表示。 電動勢的單位與電壓相同，即為伏[特](V)。電源電動勢的方向規定為在電源內部由低電位端（“-”極）指向高電位端（“+”極），即為電位升高的方向。
電源
在外電路中，電流的方向（正電荷移動的方向）是從高電位流向低電位。為了維持電路中的電流，必須有一種外力源源不斷地把正電荷從低電位移到高電位。電源是提供這種外力的裝置。電源電動勢是反映這種外力大小的參數即為電源的電動勢，它是電源本身的特征量，與外電路無關。
對電源來說，既有電動勢，又有端電壓。電動勢只存在于電源內部，方向由負極指向正極；而端電壓只存在于電源外部，其方向由正極指向負極。一般情況下，電源的端電壓總是低于電源內部的電動勢，只有當電源開路或者電源的內阻忽略不計時，電源的端電壓才與其電動勢相等。端電壓的方向規定為高電位端（即“+”極）指向低電位端（即“-”極），即為電位降低的方向。端電壓的實際方向，即U方向，是電位降低方向，也是電流的實際流向方向。電壓U的參考方向與實際方向一致，所以U為正值；電壓U'的參考方向與實際方向不一致，U'為負值。
電功率
電功率，簡稱功率，是指單位時間(t)內，電路或元件上吸收（或釋放）的能量，它用p表示。即
也可表示為
在直流電路中，表示為
在國際單位制(SI)中，電功率的單位為瓦[特](W)，1瓦=1焦/秒(1W=1J/s)。其常用的單位還有千瓦(kW)、毫瓦(mW)、微瓦(μW)。電能的基本單位是焦耳(J)，常用千瓦·小時(kW·h)來表示。1千瓦·小時俗稱1度電（“度”為非法定單位）。 若元件上的電壓、電流實際方向一致，則該元件吸收功率，是負載；若元件上的電壓電流實際方向相反，則該元件產生功率，是電源。或者取U、I為關聯參考方向，若 P=UI>0，則元件吸收功率；若P=UI<0，則元件發出功率。
相關定律
直流電路分析的基本依據是電路的基本定律，即歐姆定律和基爾霍夫定律。此外，還有電荷守恒定律、直流電路的三個分配關系等定律在直流電路分析中具有一定重要性。
歐姆定律
歐姆定律是反映電路中電流變化規律的基本實驗定律，具體內容為導體兩端的電壓U等于通過導體的電流I與導體電阻R的乘積，即U=IR。歐姆定律的微分形式是導體中一點的電流密度j，等于該點的電導率σ乘以該點的電場強度E，即j=σE 。
直流電路中，若取關聯方向，歐姆定律則可表示為
或或
若取非關聯方向（電阻元件上的電壓與電流的參考方向相反），上式中等號右邊應加負號“-”。
（資料來源：）
基爾霍夫定律
基爾霍夫電路定律是解恒定電流電路問題的理論基礎，是電路中節點上的電流和回路中的電壓所滿足的普遍規律。基爾霍夫定律包括第一定律和第二定律。
第一定律
第一定律，也稱基爾霍夫電流定律（Kirchhoff’s current law），簡記為KCL。基爾霍夫電流定律反映的是電路中各處的電流關系。根據電流連續性原理，在直流電路中，從一個地方流入多少電流，必定同時從這個地方流出多少電流。其具體內容為：在任一瞬間，流入電路中任一節點的電流的總和必等于流出該節點的電流的總和。
在集總參數電路中，對任意節點，在任意時刻流出（或流入）該節點的電流的代數和等于零，即
第二定律
第二定律又稱基爾霍夫電壓定律（Kirchhoff’s 電壓 law），簡記為KVL。基爾霍夫電壓定律反映的是電路中各部分之間的電壓關系，它的內容為：在任一瞬間，沿電路中的任一回路繞行一周，在該回路上電動勢之和恒等于各電阻上的電壓降之和。
在集總參數電路中，對任意回路，在任意時刻，所有支路電壓的代數和恒等于零，即
（資料來源：）
電荷守恒定律
電荷守恒定律是自然界重要的基本規律之一。電荷守恒定律是指靜電感應過程中導體中的自由電荷只是從導體的一部分轉移到另一部分。其更普遍的表述是：一個與外界沒有電荷交換的系統，電荷的代數和保持不變。大量實驗事實表明，電荷既不會創生，也不會消滅，它只能從一個物體轉移到另一個物體，或者從物體的一部分轉移到另一部分；在轉移過程中，電荷的總量保持不變。在一定條件下，帶電粒子可以產生或湮沒。不過在這些情況下，帶電粒子總是成對產生或湮沒的，兩個粒子帶電數量相等但電性相反，而光子又不帶電，所以電荷的代數和仍然不變。
在直流電路中，電荷的定向運動就是電流。其中自由電荷的分布不會隨時間變化，所產生的電場也不隨時間變化。這電場保證了電流，而且電流既是電荷的運動，它本身滿足電荷守恒定律。
三個分配關系
直流電路中各處電荷的分布是穩定的，任何位置的電荷都不可能減少或增多。所以它在串、并聯電路中的電流、電壓和電阻有不同的分配關系。
串、并聯電路中的電流
在串聯電路中，電路中各處的電荷分布保持不變，相同時間內通過各點的電荷量必然相等。因此，串聯電路中的電流處處相等，即
在并聯電路中，只有在相同時間內流過干路0點的電荷量等于進入各支路各點的電荷量之和，才能保證電路各處的電荷量的分布保持不變。因此，并聯電路的總電流等于各支路電流之和，即
串、并聯電路中的電壓
串聯電路兩端的總電壓等于各部分電路兩端電壓之和，即
并聯電路的總電壓與各支路電壓相等，即
串、并聯電路中的電阻
n個電阻串聯起來接到電路里，作為一個整體，它相當于一個電阻R，通過它們的總電阻等于各部分電路電阻之和，即
n個電阻并聯接到電路里，作為一個整體，它相當于一個電阻R，通過它們的總電流/等于通過n個電阻的電流之和，即
（資料來源：）
主要特點
直流電路的最大優勢是簡單易行，其特點主要有以下方面：
造價低
對于架空線路，交流輸電通常采用3根導線，而直流單極只需1根，雙極只需兩根，更為經濟，因此采用直流電纜的大城市越來越多。
損耗小
直流線路沒有無功損耗。而且直流架空線路沒有“趨膚效應”（交變電流通過導體時，電流集中在導體表面流過的效應），其電暈損耗（由氣體介質造成的損耗）和無線電干擾，均比交流架空線路要小。
運行穩定
直流本身帶有調制功能，可根據系統的要求作出反應，電網運行更穩定。但是，直流輸電還存在如直流斷路器復雜、龐大等的技術問題。
相關電路
實際電路種類繁多，形式和結構各不相同，除直流電路外，相關電路還有交流電路和串聯電路、并聯電路等。
交流電路
交流電路，是指電源的電動勢隨時間作周期性變化，使得電路中的電壓、電流也隨時間作周期性變化。電流的大小及方向均隨時間變化，稱之為變動電流。對電路分析來說，正弦交流電流是一種較為重要的變動電流，其大小及方向均隨時間按正弦規律做周期做變化，將之簡稱為交流（alternating current）。下圖為最簡單的交流電路（照明電路）實物示意圖，它由交流發電機、燈和開關、導線組成。
串聯電路
串聯電路，是指整個電路串在一起，其電流只有一條通道，如裝飾用的串聯彩燈。串聯電路中，只要有某一處斷開，整個電路就成為斷路，即所相串聯的電子元件不能正常工作。串聯電路有以下特點：
并聯電路
并聯電路，是指電器各元件并列連接在電路的兩點間，并聯中電流有很多通道且干路電流等于支路電流之和，如家庭中的電燈、電風扇、電冰箱、電視機等用電器。并聯電路中，電路會在導線的岔口處分開，前提是每個導線中都有用電器，然后點流多個導線會和處回合。并聯電路有以下特點：
常用分析方法
對于直流電路的分析方法通常是根據已知電路的結構和參數，求解電路中的基本物理量，主要包括以下幾種：
支路電流法
支路電流法以支路電流作為電路中的未知量，利用元件的伏安關系將元件電壓表示成支路電流的函數，根據KCL和KVL分別對節點和回路列出關于支路電流的線性方程組，聯立求解，得到各支路電流。如果電路參數已知，且有n個節點，b條支路，可以列寫n-1個獨立的KCL方程，b-n+1個獨立的KVL方程，聯立b個方程求解。利用支路電流法分析電路的步驟具體如下：①標出各支路電流參考方向。②列出電路中獨立的KCL方程。若電路中有n個節點，可以列出n個節點的KCL方程，但只有（n-1）個方程是獨立的，第n個節點的KCL方程可以從其他（n-1）個方程中推導出來。③選取獨立回路，列出電路中獨立的KVL方程。在平面電路中，通常選擇網孔作為獨立回路列出KVL方程，當電路中有b條支路時，可以選出b-（n-1）個網孔列出回路電壓方程。④聯立上述方程，為b元一次方程組。求解該方程組，即得各支路電流。
節點電壓法
在電路中任選一個節點作為參考點，令其電位為零，在電路圖中用“⊥”標記。其余節點到參考點之間的電壓稱為節點電壓。各節點電壓的參考極性均以參考節點為“-”極。節點電壓法以節點電壓為電路的變量，對獨立節點列寫KCL方程（用節點電壓表示相關的支路電流）。如果電路中只有兩個節點，選取其中任一節點作為參考節點，則電路中的節點電壓為另一個節點到參考節點之間的電壓，其大小為
式中，分母部分是與非參考節點相連的所有電阻支路的電阻的倒數之和，分母中的各項總為正值。分子中的各項為與非參考節點相連的電源支路引起的流入節點的電流，可正可負，當電壓源電壓的方向與節點電壓方向一致時為正，相反為負；當電流源電流流入節點時為正，流出節點時為負。
電源等效變換法
從外電路的角度來看，電壓源和電流源能夠向外電路提供相同的電壓和電流，對外電路而言，存在等效變換的條件。在等效變換時，電源大小滿足：E=ISR0。特別要注意電壓源和電流源之間方向的對應。
1.電壓源與電流源的等效變換
一個實際的電源，其端電壓往往隨著它的電流變化而發生變化。例如，當電池接上負載以后，其端電壓就會降低。這是因為電源內部有電能的消耗，即有電阻存在。所以可以采用下圖所示的電路模型，即用一個電阻與理想電壓源的串聯組合來表示。通常，把實際電壓源簡稱為電壓源，電阻R0稱為電源的內阻。
電壓源的伏安特性（也稱為外特性）是指其輸出的電壓U和輸出電流I的關系，即U=E-IR0
下圖為電壓源的外特性曲線。隨著負載電流的增大，電源的端電壓在下降。這是因為電流越大，內阻上的壓降也越大。
為了保持變換前后輸出端的特性一致，電動勢E的方向應與恒流源IS的方向一致，也就是說IS的方向是從E的“-”端指向“+”端的，如下圖所示。
需要強調的是：①電壓源和電流源的等效關系是只對外電路而言的，對電源內部則不等效。因為在變換前、后，兩種電源內部的電壓、電流和功率等都不相同。②恒壓源和恒流源之間不能進行等效變換，因為它們有完全不同的外部特性，故兩者之間不存在等效變換的條件。
2.用電壓源、電流源等效變換的方法分析電路
根據基爾霍夫定律，串聯的恒壓源可以合并，并聯的恒流源可以合并。所以當電路中存在著多個電源時，可通過將電源變換、合并的方法簡化電路。使用電源等效變換的方法分析電路時，應注意所求支路不得參與變換。在使用電源等效變換的方法分析電路時還應注意，與恒壓源并聯的元件對外電路不起作用，與恒流源串聯的元件對外電路也不起作用，在計算外電路時可以將它們去掉（但計算電源內部的各物理量時不能去掉）。
利用疊加原理求解
疊加原理是線性電路的重要性質之一。它指出在多個電源共同作用的線性電路中，各支路的電流（或電壓）是各電源單獨作用時在該支路上產生的電流（或電壓）的代數和。應用疊加原理求解電路的步驟如下：①在原電路中標出所求量（總量）的參考方向。②畫出各電源單獨作用時的電路，并標明各分量的參考方向。③分別計算各分量。④將各分量疊加。若分量與總量的參考方向一致則取正，否則取負。⑤將各分量數值代入，計算結果。
應用疊加原理時應注意以下4點：①疊加原理只適用于線性電路，不適用于非線性電路。②電路中只有一個電源單獨作用，就是假設將其余電源作為零值處理，即理想電壓源短路，電動勢為零，理想電流源開路，電流值為零，但電源內阻一定要保留。③將各分量疊加時，若分量與總量的參考方向一致則取正，否則取負值。④疊加原理只適用于電壓電流的計算，不適用于功率的計算，因為功率和電流之間不是線性關系。疊加原理作為電路的一種分析方法，當電路中電源個數多，結構復雜時，顯得煩瑣費時。但作為處理線性電路的一個普遍適用的規律，疊加原理有助于對線性電路性質的理解，可以用來推導其他定理，簡化處理更復雜的電路。
利用等效電源定理
一般來說，凡具有兩個接線端的部分電路，都稱為二端網絡。若二端網絡內部含有獨立電源，則稱為有源二端網絡；若內部不含獨立電源，則稱為無源二端網絡。通常，一個無源二端網絡可以等效為一個電阻。而有源二端網絡不僅產生電能，本身還消耗電能，在對外特性等效的條件下，即保持輸出電壓和輸出電流不變的條件下，有源二端網絡產生電能的作用可以用一個等效理想電源元件來表示，消耗電能的作用可以用一個等效的理想電阻元件來表示，這就是等效電源定理。
等效電源定理包括戴維南定理（Thevenin’s theorem）和諾頓定理（Norton’s theorem），是分析計算復雜電路的有力工具。戴維南定理指出，任一線性有源的二端網絡都可以等效為一個理想電壓源US和內阻R0的串聯電路。其中，US的大小和方向都與有源二端網絡的開路電壓相同；而內阻R0為有源二端網絡內的電源置零后，從開路端看進去的等效電阻。諾頓定理指出，任一線性有源的二端網絡都可以等效為一個理想電流源IS和內阻R0的并聯電路。其中，IS的大小為有源二端網絡的短路電流；而內阻R0為有源二端網絡內的電源置零后，從開路端看進去的等效電阻。
主要應用
直流電路主要應用于各種電子儀器、電解、電鍍、電力傳輸、直流電力拖動等方面。
在電力傳輸方面，現代的直流輸電，只在輸電這個環節是直流，發電仍是交流。其中，特高壓直流輸電在長距離、大容量輸電方面優勢明顯，是近年國際電力工程的一大熱點，更是解決未來經濟發達地區日益增長電力需求的關鍵所在。特高壓電網，是指1000千伏交流和±800千伏直流輸電網絡。例如，中國的云廣特高壓直流輸電工程跨越云南省、廣西壯族自治區、廣東省3省，南方電網公司將形成“八交五直”——共13條500千伏及以上的西電東送內蒙古省際大通道，輸電能力超過2300萬千瓦。
參考資料 >
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奧斯特的發現:電流的磁效應.科普中國網.2024-02-16
安培與電磁學.陜西師范大學電動力學精品課程.2024-02-08
第三章 恒定電場.上海交通大學電子工程系量子非線性光子學實驗室.2024-02-21
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普通高中教科書 物理必修第三冊.人民教育出版社.2024-02-21
第四章 穩恒電流.中國科學技術大學.2024-02-22
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