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忙娄
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1 1-1 電的本性 1-2 單位 1-3 能量 1-4 電荷 1-5 電流 1-6 電壓 1-7 功率 1-8 基本元件及符號認識重點掃描習題探討第電的基本概念章認識電的本性, 包括電的起源, 分子原子結構及各種電子特性熟悉電學基本單位的稱呼瞭解功與能的關係及能量轉換所需的設備認識電荷及電流的形成認識電路組成的要件及電壓的重要性熟悉電功率電能及效率的運算無論資訊網路如何重要, 如果沒有了電, 一切都將無法運作在進入電子電機領域的第一個專業課程就是基本電學, 因為基本電學是一門既基礎而且重要的入門課程, 有了正確的電學知識, 才有能力進入電子學電子電路電工機械數位邏輯等專業領域的學習本章介紹電的基本概念, 包括電的本性, 各種相關計量單位, 基本電學常用名詞的含義及單位 ; 這些都是以後各章用得到的基本知識

2 第 1 節電的本性什麼是電? 電子有哪幾種呢? 導不導電的關鍵在哪裡啊? 電的重要假如有一天突然停電了, 又沒有替代能源的話, 想想看, 這世界將會變成怎樣? 電燈照明交通號誌捷運電車電腦網路電視音響冷氣空調自動機械全都停止了, 結果將會造成一片黑暗交通大亂訊息不通生活不便工廠停工等等 ; 由此可知電對我們人類是多麼的重要, 一定要好好珍惜它, 善用它, 千萬不可以浪費能源 2 電的發現電 (electricity) 一字源自古希臘的琥珀 (electron, 變成化石的樹脂 ); 在西元前 300 年, 希臘人發現琥珀在羊毛上摩擦後, 能吸引輕微的物體如乾燥的樹葉, 當時被認為是一種神秘的力量 ; 直到 16 世紀, 英國物理學家威廉吉柏特 (WilliamGilbert) 開始研究電極之間磁極之間的相互吸引或排斥的現象 ;1789 年法國人庫侖氏 (Charles Augustinde Coulomb) 發現電荷間有作用力, 並推導出重要的庫侖定律 ;18 世紀美國人富蘭克林氏 (BenjaminFranklin) 發現不同材料摩擦也會帶電, 並定義出正電荷 (positivecharge) 及負電荷 (negativecharge), 如圖 1-1 以玻璃棒和絲綢摩擦後, 玻璃棒帶正電, 而絲綢則帶負電 1809 年義大利物理學家伏打氏 (AlessandroVolta) 發明伏打電池, 它可以提供連續流動的電荷, 建立了電流的觀念 ;1831 年英國人法拉第 (MichaelFaraday) 發現磁生電的電磁感應現象,1851 年摩爾斯氏 (Samuel FinleyBreeseMorse) 發明電報機,1878 年貝爾氏 (AlexanderGrahamBell) 發明電話,1882 年愛迪生氏 (Thomas AlvaEdison) 發明電燈, 並設立發電廠 ; 在這些先賢科學家的努力下, 人類才得以享受電力所帶來的福祉 2

3 第 1 章電的基本概念圖 1-1 摩擦生電 3 物質分子與原子物質 : 凡具有質量佔有空間的物體, 稱為物質 (matter) 分子 : 物質以物理方法 ( 如壓力溫度 ) 加以細分, 仍能保持該物質基本特性的最小微粒, 稱為分子 (molecule) 原子 : 分子以化學方法 ( 如電解取代 ) 再加以分解, 使其失去原有特性的最小微粒, 稱為原子 (atom) 也就是說: 萬物都是由包含不同原子之分子所構成, 例如 : 水分子是由氫和氧兩種原子所組成, 如圖 1-2 所示圖 1-2 分子與原子的關係 3

4 基本電學 Ⅰ 4 原子的構造如圖 1-3(a) (b) 所示為氫和銅原子的原子結構, 看起來像是行星環繞著太陽一般, 這個外圍軌道上的行星稱之為電子, 而在中心的太陽則是原子核, 原子核是由中子及質子所組成就帶電性而言 : 中子不帶電質子帶正電電子帶負電, 而且質子和電子的數量是一樣的, 綜合起來, 每個原子的淨電荷數為零就電子分布而言 : 分為 K L M N O P 各層, 各層電子數以 2 n 2 為限, 其中 n 表示層別, 但公式 2 n 2 中 n 最大值為 4, 例如 : 第 1 層 (K 層 ): 最多有 =2 個電子 ; 第 2 層 (L 層 ): 最多有 =8 個電子第 3 層 (M 層 ): 最多有 =18 個電子 ; 第 4 層 (N 層 ): 最多有 =32 個電子第 5 層 (O 層 ): 最多有 18 或 32 個電子 ; 第 6 層 (P 層 ): 最多有 8 個電子以銅原子而言, 原子序為 29, 表示有 29 個電子, 分布情形為 : K=2;L=8;M=18;N=1, 如圖 1-3 所示 (a) 氫原子註 : 氫的原子序為 1, 氫是唯一沒有中子的原子 (b) 銅原子註 : 銅的原子序為 29 有 35 個中子 29 個質子及 29 個電子圖 1-3 電子的分布情形 4

5 第 1 章電的基本概念就帶電量及質量而言 : 中子質子電子的帶電量及質量如表 1-1 所示, 其中質子和電子的帶電量大小是一樣的, 而質子的質量約為電子的 1840 倍表 1-1 中子質子電子的帶電量及質量名稱帶電量 ( 庫侖 ) 質量 ( 公斤 ) 中子質子電子價電子自由電子束縛電子任何原子最外層軌道上的電子, 由於距離原子核較遠, 受到質子的束縛力較小, 容易受到外界能量 ( 如光能熱能磁能 ) 的激勵而脫離該原子的軌道, 這種最外層軌道上的電子稱之為價電子 (valence electrons) 受到外界能量作用, 而已經脫離軌道自由活動的電子稱之為自由電子 (freeelectrons), 這些自由電子受到外加能量的作用, 從一個原子進入另一個原子, 形成電子的流動稱之為電子流反之, 靠近原子核內層軌道上的電子, 由於受到質子的束縛力較大, 不會受外界能量作用而脫離軌道, 這些電子稱為束縛電子 (boundelectrons) 6 正離子負離子原子在未受外力之前, 其內部質子和電子帶電量相同, 處於平衡狀態並不帶電 ; 一旦受到外力破壞其平衡狀態時, 將使原子中的電子產生游離 (ionization) 現象 ; 如果游離造成該原子失去電子, 則稱該原子為帶有正電的正離子 (positiveion); 反之, 如果該原子獲得電子, 則稱該原子為帶有負電的負離子 (negativeion), 如圖 1-4 所示 5

6 基本電學 Ⅰ (a) 正常時, 不帶電 (b) 失去電子, 形成正離子 (c) 獲得電子, 形成負離子圖 1-4 離子的形成 7 導體絕緣體半導體任何物質依照其導電能力的不同, 可以區分為導體 (conductor) 絕緣體 (insulator) 和半導體 (semiconductor) 導體 : 當原子的最外層價電子少於 4 個時, 該層電子很容易受外力影響而變成自由電子, 脫離該原子的軌道進入別的原子, 形成電子流, 此種物質稱為導體 (conductor); 其電阻係數小於 10 6.cm, 導電能力佳如 : 金屬 ( 銀銅鋁 ) 石墨酸鹼鹽溶液等絕緣體 : 當原子的最外層價電子多於 4 個時, 該層電子不易受外力影響而變成自由電子, 無法脫離該原子的軌道進入別的原子形成電子流, 也就是無法導電, 此種物質稱為絕緣體 (insulator); 其電阻係數通常大於 10 8.cm 如: 空氣雲母塑膠玻璃石英晶體等半導體 : 當原子的最外層價電子等於 4 個時, 其導電性介於導體與絕緣體之間, 容易受溫度變化影響, 通常將該物質摻入適當雜質, 形成 P-N 接合, 具有單向導電的特性, 此種物質被稱為半導體 (semiconductor), 廣泛的使用在積體電路 IC 晶片上, 如 : 矽 (Si) 鍺(Ge) 砷化鎵 (GaAs) 等 6

7 第 1 章電的基本概念原子核是由及所組成, 而環繞在外圍軌道上的稱之為分子以化學方法加以分解成最小的微粒, 稱為一個電子的帶電量為庫侖, 中子的帶電量為庫侖最外層軌道上的電子, 容易脫離軌道, 稱之為半導體元素鍺的原子序為 32, 其電子分布情形 :K 層有個電子,L 層有個電子,M 層有個電子,N 層有個電子, 最外層價電子為個電子富蘭克林與電的起源富蘭克林在 1746 年看過萊頓電瓶的實驗後, 開始了電學的研究依照他的看法, 他認為雷電與摩擦起電的性質是相同的, 於是便對雷電進行長期的觀察對比及分析, 結果發現它們有許多共同之處 : 包括發光顏色光線曲折形狀可由金屬導電發出爆裂的聲響等 1752 年 7 月富蘭克林與兒子威廉, 在一間四面開敞的木棚裡, 進行引接雷電的實驗首先他將絲綢做成風箏, 頂端縛了一根尖細的金屬絲, 再用一條長長的繩子繫著風箏繩子另一端末梢繫著充作絕緣的綢帶, 因為人躲在木棚裡, 綢帶一直保持乾燥, 綢帶的另一端握在手中綢帶與風箏交接處, 掛上一串鑰匙作為斷路器以避免觸電當閃電擊中風箏後, 他們父子看到繩上纖維豎起, 富蘭克林禁不住伸出去摸一下, 突然指尖與鑰匙間發生火花, 很幸運的只是左半身麻了一下, 富蘭克林興奮的告訴兒子說 : 這就是電! 7

8 第 2 節 1.2 單位單位的意義是什麼? 電學常用名詞符號及單位有哪些? 數字前有哪些乘冪符號? 有什麼意義? 1 基本單位導出單位我們說我的身高 180 公分, 其中 180 表示數量大小 (size), 公分則是一個計量單位 (unit); 同一數量, 如果單位不同, 所代表的涵義也就不同, 因此單位必須被明確的標示, 該數字才有意義基本單位 : 物理量中對長度質量及時間的測量所用的單位稱之, 如表 1-2 所示導出單位 : 以基本單位計算衍生出來的單位, 例如面積密度等單位系統 : 有 MKS 制 CGS 制 FPS 制其中以 MKS 制為世界各國普遍採用的系統, 為求各國間科學技術及研究上, 使用單位的統一, 因此在 1960 年第 11 屆世界度量衡研討會訂定為國際單位系統 (SystemofInternationalUnit, 簡稱 SI) 表 1-2 基本量的單位系統單位系統長度質量時間 MKS 制公尺 (m) 公斤 (kg) 秒 (s) CGS 制公分 (cm) 公克 (g) 秒 (s) FPS 制英呎 (ft) 磅 (lb) 秒 (s) 2 電學常用單位舉凡電阻電壓電流等電學相關名詞單位, 通常是以發現該名詞所代表的科學家的名字為單位名詞, 如表 1-3 所示 8

9 第 1 章電的基本概念 3 乘冪表示法表 1-3 SI 制的電學常用單位名詞名詞符號單位名稱單位符號電荷 Q q 庫侖 C(coulomb) 電流 I i 安培 A(ampere) 電壓 E V 伏特 V(volt) 電阻 R 歐姆 (ohm) 電感 L 亨利 H(henry) 電容 C 法拉 F(farad) 電功率 P 瓦特 W(watt) 電能 W 焦耳 J(joule) 各種單位在實用上, 有時候會太小或太大, 因此通常會在單位前加一字首, 以便充分表示該單位的大小, 例如 : 我們說記憶卡的容量 512MB 體重 80kg 奈米(nanometer) 科技等有關單位字首的乘冪如表 1-4 所示表 1-4 單位字首及其乘冪對照表單位字首代表大小中文英文 T 兆 tera G 10 9 十億 giga M 10 6 百萬 mega k 10 3 仟 kilo m 10 3 毫 milli 10 6 微 micro n 10 9 毫微, 奈 nano p 微微, 披 pico 1-1 單位乘冪的使用 4.7 百萬歐姆 = = 微法拉 = =12 5 毫亨利 = =5 3 仟瓦特 = =3 9

10 基本電學 Ⅰ 請填寫下表的名詞符號或單位 : 名詞名詞符號單位名稱單位符號 P 瓦特電荷庫侖 E V V W 焦耳請以乘冪表示法, 表示下列數字 : 電壓 :345000V = kv 電阻 : =3.6 電流 :0.0012A= ma 製程 :90 奈米 =90 公尺日常生活上的單位轉換長度單位換算 : 1 公尺 =3.3 臺尺 1 國際浬 =1.15 哩 =1.852 公里 1 哩 =1760 碼 1 碼 =3 呎 =36 吋 1 吋 =2.54 公分面積單位換算 : 1 平方公里 =100 公頃 =10000 公畝 = 平方公尺 1 臺灣甲 =2934 坪 1 坪 =3.3 平方公尺 1 英畝 =1224 坪重量單位換算 : 1 台斤 =16 台兩 =0.6 公斤 1 公斤 =2.2 磅 =1.67 台斤 1 磅 =16 盎司 =0.45 公斤容量單位換算 : 1 公升 =1000 公撮 1 美加侖 =8 美液品脫 =128 美液盎司 =3.79 公升 10

11 第 3 節 1.3 能量讓我們來區別功與能的不同, 及其關係探討一下能量守恆的意義是什麼週遭的電氣設備在能量轉換的角色又是什麼呢? 1 功當施作用力 F 於一物體時, 使物體沿作用力方向位移 S, 則稱此作用力對物體作功 W(work), 如圖 1-5 所示 ; 以算式表示為 : 功 = 力物體沿作用力方向的位移公式 W=F S (J, 焦耳 ) 1-1 其單位如表 1-5 所示表 1-5 功的單位物理量單位作用力 F 位移 S 功 W 牛頓 (N) 公尺 (m) 牛頓公尺 = 焦耳圖 1-5 功的表示關係 :1J=1N-m=1/9.8kg-m 1kg=9.8N 1-2 功的基本範例對一物體施以 5 牛頓的力, 使其水平位移 8 公尺, 則表示對該物體作功多少? 根據公式 (1-1), W=F.S =5 8=40( 焦耳 ) 11

12 基本電學 Ⅰ 2 能量的定義與形式凡一物體具有作功的能力, 即稱該物體具有能量 (energy), 簡單的說能量就是供給物體作功的能力能量的形式有很多, 列舉數個如下 : 動能 : 物體因運動而具有的能量位能 : 隨位置改變而具有的能量, 例如 : 電位能重力位能電磁能 : 因電磁力所造成的能量, 包括電能磁能核能 : 在原子核結構發生改變時, 所釋放出的原子能量化學能 : 物質內部化學結構所具有的能量熱能 : 高溫物體傳至低溫物體的能量 3 能量守恆定理宇宙間的能量不會無中生有, 也不會平白消失, 只是形式上的相互轉換而已, 而且其轉換前後的總和不變, 這就是所謂的能量守恆 ( 不變 ) 定理 (lawofconservationofenergy) 在系統能量的轉換過程中, 通常會有部分的能量散逸到周圍環境中, 使系統的能量愈來愈少, 這種現象稱為能量的散逸, 散逸的方式包括熱能聲能及光能等我們通電給電動機運轉的過程中, 能量從電能轉換成磁能動能而使轉軸轉動, 但是同時會有噪音 ( 聲能 ) 發燙( 熱能 ) 等的散逸 ( 或稱損失 ), 使系統上真正發生在運轉的效能減少了許多, 如圖 1-6 所示圖 1-6 能量形式的轉換與損失 12

13 第 1 章電的基本概念 4 功與能之關係功與能的比較如下 : 作功是能量傳遞的一種方式, 能量是作功的本質物體作功能力的強弱, 由其具有能量的多少來決定能量的單位和功的單位完全相同物體若具有能, 不一定要對外作功 ; 但要對外作功必須具有能物體所具有的能, 不會無中生有, 必須由外界輸入的功或能轉換而來功表現於系統的外部, 產生能量的轉移 ; 能則隱藏於系統的內部, 是作功的必要條件 5 各種能量轉換的設備元件日常生活中, 我們以各種家電設備來讓能量形式轉變提供生活所需, 例如以燈具將電能轉變成光能照亮黑夜 ; 各種能量轉換的設備元件, 如表 1-6 所示表 1-6 各種能量轉換的設備元件設備元件能量轉換設備元件能量轉換電燈電能光能喇叭電能聲能太陽電池光能電能麥克風聲能電能電動機電能機械能電池充電電能化學能發電機機械能電能電池放電化學能電能凡一物體具有作功的能力, 即稱該物體具有具有將電能轉換成機械能的電器有, 而麥克風則是將能轉換成能 13

14 第 4 節 1.4 電荷你知道電荷有正負之分別嗎? 電荷的大小單位如何表示呢? 1 庫侖與電子數在 1-1 節中得知 : 當原子失去電子, 稱該原子為帶有正電荷 ; 反之, 如果該原子獲得電子, 則稱該原子為帶有負電荷 ; 而帶電物體內所含電荷的數量, 就稱為電量, 以符號 Q 表示, 在 MKS 制時以庫侖 (C) 為單位, 而且定義 : 1 庫侖 = 個電子反過來說,1 個電子所帶的電量為 : 1 1 個電子 = = 庫侖 18 ( 註 : - 表示電子帶負電) 2 靜電荷的特性富蘭克林 (Franklin) 發現不同材質的物體, 經過相互摩擦後, 會產生不同性質的電, 例如 : 將玻璃棒與絲絹相互摩擦, 由於玻璃棒失去電子, 絲絹獲得電子, 因此摩擦過的玻璃棒帶正電, 絲絹帶負電將塑膠棒與毛皮相互摩擦, 由於塑膠棒獲得電子, 毛皮失去電子, 因此摩擦過的塑膠棒帶負電, 毛皮帶正電因為摩擦所帶的電荷不會移動, 無法形成電流, 因此我們稱它為靜電荷靜電荷具有下列特性 : 將一帶有電荷的物體 ( 例如摩擦後的塑膠棒 ), 靠近一中性導體, 則該導體近端會被感應而帶有異性電荷, 導體遠端則感應一同性電荷, 此種現象稱為靜電感應作用, 如圖 1-7 所示 14

15 第 1 章電的基本概念 (a) 感應前圖 1-7 靜電感應作用 (b) 感應後同性電荷互相排斥異性電荷互相吸引, 如圖 1-8 所示 (a) 同性相斥圖 1-8 靜電荷的特性 (b) 異性相吸 1-3 原子內的帶電量計算若某一原子內電子游離後, 帶有 6 個電子,3 個質子, 則該原子帶有多少電量? (6-3) ( )= 庫侖 15

16 基本電學 Ⅰ 1-4 庫侖和電子數的關係設有一電荷載有個電子, 則該電荷帶有多少庫侖的電量? 1 庫侖 = 個電子該電荷所帶電量為 : =8( 庫侖 ) 有一電荷帶有 5 庫侖的電量, 試求該電荷內含多少電子? 1 庫侖 = 個電子之帶電量 1 個電子之帶電量 = 庫侖將塑膠棒與毛皮相互摩擦, 摩擦過的塑膠棒帶電有一電荷帶電量為 10 庫侖, 則該電荷內有電子電, 毛皮帶物理學家庫侖 (CharlesCoulomb,1736~1806) 庫侖出生於法國巴黎, 從小受到良好的教育, 他的興趣主要是在數學和天文學方面, 因為參加科學會認識了不少參與科學工作的人,1761 年畢業後, 在軍團中擔任工程師從事結構設計防禦工事等工作,1781 年, 他以在摩擦力上的研究, 贏得科學大獎之後, 在 1784 和 1791 之間, 發表了七篇有關電與磁重要的論文, 當中包括電的吸引及排斥定律, 磁極電的分布及庫侖定律等等他以實驗證明正負電荷之間的作用力與電荷的量成正比, 與距離的平方成反比稱之為庫侖定律, 電荷的單位也因此稱之為庫侖 16

17 第 5 節 1.5 電流電流是什麼呢? 電流和電子流相反, 你知道為什麼嗎? 你認為電流的速度有多快? 1 電流的大小如同水在水管中流動稱為水流一般, 電荷在導體中的連續移動就稱為電流 (current); 我們知道金屬導體內的自由電子是可以自由移動的, 當它們受到電的作用時, 就可以往受力的方向移動而形成電流水流的大小是以單位時間流過水管的水量來表示, 同樣地, 電流的大小也是以單位時間流過導體某一截面的電量多少來表示, 設 t 秒內有 Q 庫侖的電量流過導體的某一截面, 則其平均電流為 : I= Q t 公式 (A, 安培 ) 電流的單位電流的國際單位由表 1-3 得知為庫侖 / 秒, 也就是安培 (A), 這是為了紀念法國物理學家安培在電磁學上的貢獻換言之,1 安培的電流即表示每 1 秒鐘流過 1 庫侖的電量, 相當於每秒鐘有個自由電子流過導體的某一個截面 3 電流與電子流由於當初科學家以為在導體中流動的是正電荷, 因此傳統電流的方向規定為正電荷流動的方向 ; 事實上, 現代電子學說證明 : 在金屬導體內傳遞電流的是帶負電的自由電子因此電流的方向恰好與電子移動的方向相反, 如圖 1-9 所示, 電流方向由正端出發, 經負載回到負端 ; 電子流則由負端出發, 經負載回到正端 17

18 基本電學 Ⅰ 圖 1-9 導體內電流與電子流的不同 1-5 電流算式基本範例在 5 分鐘內若有 3000 庫侖的電子從導體的一端進入該導體, 並有 3000 庫侖的電子從另一端移出, 則導體內的平均電流之大小為何? 根據 (1-2) 公式 I= Q t = =10 安培 1-6 變動中的電流計算某一蓄電池內部原有 50 庫侖電量, 今充電 2 分鐘後, 蓄電量增加到 410 庫侖, 則其平均充電電流為多少安培? 根據 (1-2) 公式 I= Q t =Q 2 Q = t 2 t =3 安培有一導線, 每秒流過個電子, 其電流為多少安培? 18

19 第 1 章電的基本概念 4 電流的速度當電流在一導線中開始流通時, 所有電子便同時在導線中迅速移動, 就好像一長列火車的車廂同時啟動一般, 從第 1 個電子開始, 在短短的 1 秒鐘內, 可以在公尺外, 傳遞出 1 個電子, 因為電流是以光速 ( 公尺 / 秒 ) 來傳遞電能的, 但是電子在導體內部的移動速度卻是很慢的 ( 約每秒數吋而已 ), 如圖 1-10 所示圖 1-10 電子傳遞的情形 5 電流的另一種算法今有一導體如圖 1-11 所示, 假設 : A : 導體的截面積 ( 2 ) : 導體的長度 ( 公尺 ) t : 時間 ( 秒 ) v : 電子傳遞的速度 ( 公尺 / 秒 ),v= 距離 t 時間 n : 每單位體積所含的電子數 ( 自由電子數 / 3 ) e : 每 1 電子所帶電量 ( 庫侖 ) 圖 1-11 電子傳遞的情形 19

20 基本電學 Ⅰ 則總電量 Q= A n e=a ne (C, 庫侖 ) = 體積電子數體積電量電子數依據定義 : 電流是單位時間流過導體某一截面的電量, 故 : 今有一導體如圖 1-11, 假設 : 電流 I= Q t = A ne t 公式 =Avne (A, 安培 ) 1-3 由 (1-3) 公式表示導體電流的大小和導體的截面積電子傳遞的速度成正比但是電子運動的速度卻和導體的截面積成反比 1-7 電子流動速度計算有一銅線, 其截面積為 0.05 平方公分, 電子密度為個自由電子數 / 線內的平均速率為多少? 根據 (1-3) 公式 :I=Avne 3 ( 立方公尺 ), 線路電流為 8 安培, 試求電子在銅 v= I nea = = ( 公尺 / 秒 ) 發現 : 電子在銅線內的速率真的是很慢的如本例條件, 但是電子的平均速率 v 降為公尺 / 秒, 則線路電流變為多少? 20

21 第 1 章電的基本概念單位時間流過導體某一截面的電量表示的大小傳統電流的方向規定為電荷流動的方向 ; 事實上, 現代電子學說證明 : 在金屬導體內傳遞電流的是帶電的自由電子設所加電壓不變, 當導體的截面積越粗, 導體電流越有一通訊線路內有 40mA 電流流通, 則其每秒流過個電子電動力學之父安培 (Andre-MarieAmpere, ) 安培 1775 年生於法國里昂, 在 1797 年法國大革命之後, 安培將物理分為天文物理機械物理及化學物理三個領域, 他稱物理是 : 以最少的法則, 去解釋宇宙間物質界最多現象的學問他的教材被法國教育主管機關當做高等教育的範本 1802 年奧斯特 (HansChristianOersted) 發表電流對磁針影響的實驗一文, 震驚全歐同年 10 月, 安培發表著名的直線電導線間的電動力獲得電動力學之父的美譽, 他提出 : 當這兩條導線上的電流方向相同, 則導線互相吸引 ; 反之, 當電流方向相反時, 導線互相排斥其吸引力或排斥力與導線之間的距離成反比稱為安培定律 21

22 第 6 節 1.6 電壓我們常常說的電路, 如何組成呢? 電壓電位電位差所代表的意義, 相同嗎? 電動勢電壓降和端電壓的關係為何? 1 電路的組成一個封閉迴路中電流流過的路徑稱為電路 (electriccircuit), 一個完整電路包括電源開關電路元件及導線四個要件, 如圖 1-12 所示 (a) 實體圖圖 1-12 電路的組成情形 (b) 電路圖電源 : 有電壓源及電流源兩種 ; 電壓源一般稱為電源 (source), 有提供交流電壓源的交流發電機, 提供直流電壓源的直流發電機或電池, 交流電壓可以經過整流變成直流電壓 ; 電流源則透過電壓源轉換而來, 提供一個穩定電流或隨時間變化的電流, 如圖 1-13 所示 (a) 交流 (AC) 電壓源 (b) 直流 (DC) 電壓源 (c) 交流 (AC) 電流源 (d) 直流 (DC) 電流源圖 1-13 各種電源符號 22

23 第 1 章電的基本概念開關 (switch): 用以控制電路的通斷與保護電路元件 (elements): 也就是用電器具 ; 有電阻性的電鍋電爐電燈泡等, 有電感性的果汁機洗衣機等, 有電容性的電容器等導線 (conductor): 將前述三者連接形成電路, 傳導電流 2 電壓的定義要讓水在水管內流動, 必須在自來水廠加壓驅動 ; 同樣的, 要使金屬導線內的自由電子流動形成電流, 必須在導體兩端供給一電壓, 才能驅使電流流動 ; 電流自高電位流向低電位, 就像水從高水位流向低水位一般, 如圖 1-14 電壓的單位稱為伏特, 事實上單位為伏特的還有電位電位差電動勢端電壓及電壓降等, 通常以電壓為其通稱 3 電位與電位差 (a) 水位 (b) 電位圖 1-14 水位與電位水有水位, 電有電位, 水位以海平面為零水位, 電位以大地為基準點稱為零電位 ; 以 V 表示電位符號, 並以加註腳方式表示某一點的電位, 例如 V A 表示 A 點相對於大地的電位,V B 表示 B 點相對於大地的電位,V AB 則表示 A B 兩點間的電位差, 即 V AB =V A V B V BA =V B V A V AB = V BA V AB 之值為正時 : 表示 A 點的電位高於 B 點的電位, 電流由 A 點流向 B 點 23

24 基本電學 Ⅰ V AB 之值為負時 : 表示 A 點的電位低於 B 點的電位, 電流由 B 點流向 A 點如圖 1-15 所示圖 1-15 電位高低及電流的流向 1-8 電位差觀念的計算如圖 1-16 所示, 試求 : V A V B V C V D V AC V AD 分別為多少? 圖 1-16 例題 1-8 的電路圖 V A =V AB =9V V B =0V V C =V CB =6V V D =V DB =V DC +V CB =3+6=9V V AC =V A V C =9 6=3V V AD =V A V D =9 9=0V 在圖 1-17 中, 設 A 點對地電位為 10 伏特,B 點對地電位為 7 伏特, 試求 : V A V B V AB V BA 分別為多少? 圖 1-17 跟著做的電路圖 24

25 第 1 章電的基本概念當電荷由高電位往低電位移動時, 此電荷即可對外界作功, 釋放出能量, 例如使電燈泡亮起來 ; 反過來, 若欲使電荷由低電位提升到高電位, 必須供給能量給該物質, 也就是充電之意因此, 我們定義 :1 庫侖的電荷, 由電路的一點移到另一點所獲得或釋放出 1 焦耳的能量, 則稱兩點的電位差為 1 伏特以公式表示即 : V 伏特 = W 焦耳 Q 庫侖公式有關電壓定義的計算將 3 庫侖之電荷由 A 點移至 B 點, 需作功 18 焦耳, 則 A 點與 B 點間之電位差為幾伏特? V= W Q = 18 3 =6 伏若有一個庫侖之正電荷, 自 B 點移至 A 點需作功 20 焦耳, 則 V AB 為 (A) (B) (C) (D)0 ( 伏 ) 4 電動勢電壓降與端電壓電動勢 : 電池或發電機所提供的電壓稱為電動勢 (electromotiveforce, 簡稱為 emf), 符號為 E ; 它對電荷提供能量, 促使電荷產生移動形成電流電壓降 : 電流流過電路阻抗所引起的電壓降落端電壓 : 電路元件兩端點間的電位差以電池為例, 純電壓源為電動勢 E, 扣除電池內部電阻的電壓降 I r, 得到真正供應外部負載的端電壓 V 如圖 1-18 以公式表示, 即 : 25

26 基本電學 Ⅰ 圖 1-18 電動勢電壓降與端電壓之關係公式端電壓 V = 電動勢 E - 電壓降 I r 電動勢電壓降與端電壓綜合運算如下圖開關 S 打開時, 電壓表指示為 6 伏特, 開關 S 閉合時, 電壓表指示為 5.4 伏特, 則電動勢電壓降與端電壓分別為多少?( 註 : 假設電壓表內阻為無限大 ( )) 圖 1-19 例題 1-10 的電路圖開關 S 打開時, 沒有電流流通, 內阻壓降 I r 為 0, 故此時所測得的電壓為電動勢之值, 即電動勢 E 為 6 伏特開關 S 閉合時, 電壓表所指示的是電阻 R 兩端的端電壓 V 為 5.4 伏特兩者之差為內阻電壓降 :6V -5.4V=0.6V 26

27 第 1 章電的基本概念本例中 V AC 稱為其值為 V, V AB 稱為其值為 V, V BC 稱為其值為 V 電位電位差電動勢端電壓及電壓降等的單位是 V AB =10 表示 : 如圖 1-20 所示,V ab = 圖 1-20 學後評量第 3 題的電路圖有一電荷 5 庫侖, 由 C 點移動至 D 點需作功 30 焦耳, 則 CD 兩點間的電位差為伏特伏特與伏特電池 1800 年, 義大利科學家伏特發明著名的伏特電池, 這種電池是由圓形鋅片和銀片兩種不同的金屬相互交疊而成, 在每一對銀片和鋅片之間, 用一種在鹽水或其他導電溶液中浸過的紙板隔開在當時, 伏特能發明這種電池的確是很不容易的, 因為伏特電池的發明, 使得人們第一次可以控制電流的持續, 為今後電流現象的研究提供了物質基礎, 並很快成為進行電磁學和化學研究的有力工具, 為表彰他的貢獻, 電壓的單位以伏特表示 27

28 第 7 節 1.7 功率電功率的公式 P=VI, 怎麼來的? 單位又如何? 電費是怎麼算出來的呢? 電功率的損失與效率的關係又是如何呢? 1 功率的定義簡單的說, 功率 (power) 符號為 P 就是作功的速率 ; 或者是說, 單位時間所做的功 ; 也就是單位時間 t 所消耗的能量 W, 即 : P= W t 公式 (W, 瓦特 ) 1-6 用在電學上, 此處的能量 W 是指 : 移動 Q 庫侖電荷, 產生 V 伏特電壓所需之能量, 根據 (1-4) 公式 V= W Q, 即 W=VQ, 又根據 (1-2) 公式 I= Q t, 即 Q=It, 代入 1-6 式得 : P= W t = VQ t = VIt t 公式 =VI (W, 瓦特 ) 1-7 電功率的單位為瓦特, 有時候用仟瓦 (kw) 來表示較大單位, 1kW=1000W; 在實用上常以英制的馬力 (horsepower, 簡稱 hp) 為單位, 例如電動機汽車引擎都是以馬力為其單位如表 1-7 所示 ; 馬力和瓦特的關係為 : 1 馬力 =746 瓦 0.75 仟瓦 3 4 ( 仟瓦 ) 1 馬力 =550( 呎. 磅 / 秒 ) 28

29 第 1 章電的基本概念表 1-7 P W t 單位對照表制別項目功率 (P) 功或能 (W) 時間 (t) MKS 制瓦特 (W) 焦耳 (J) 秒 (s) FPS 制馬力 (hp) 呎. 磅秒 (s) 1-11 有關電功率定義的計算有一電熱器, 加上 100 伏特的電壓時, 於 1 分鐘內消耗焦耳的能量, 試求該電熱器的瓦特數電流各為多少? 根據 (1-6) 公式, 該電熱器的瓦特數 P= W = t 60 =1000( 瓦特 ) 根據 (1-7) 公式, 電流 I= P V = =10( 安培 ) 有一 2 馬力的洗衣機, 接上 110 伏特的電壓, 使其運轉 10 分鐘, 試求其消耗的電能電流各為多少? 2 電能與電度根據 (1-6) 公式電能的計算式 : 公式 W=P.t (J, 焦耳 ) 1-8 電能 (electricenergy) 的涵義就是 : 電功率為 P 瓦特的電器, 使用 t 秒時間所消耗的能量 ; 其單位為焦耳根據公式 W=P.t, 單位也可以是瓦特秒 ; 大一點的單位為仟瓦特小時 ( 或 1kWh), 這個仟瓦特小時又稱為 1 度電, 是電力公司計算電費的依據, 其 29

30 基本電學 Ⅰ 值可以由裝於電源總開關之前的瓩時表 ( 習慣上稱為電錶 ) 量得, 如圖 1-21 所示另外, 表 1-8 為台電公司電費計算的表燈電價表圖 1-21 瓩時表量測電能表 1-8 表燈電價值表 (2006 年 3 月 ) 分類夏月非夏月 110 度以下部分非營業用 111~330 度部分 ~500 度部分度以上部分營業用註 : 尖離峰電價之劃分 : 夏月為 6 月 1 日 ~9 月 30 日非夏月為夏月以外之時間另外根據 W=Q V, 電能的另一個單位為電量伏特, 簡稱電子伏特 (ev) 三者的關係是: 1 度電 =1kWh= ( 瓦特秒 ) = ( 焦耳 ) 1 電子伏特 = ( 庫侖伏特 ) = ( 焦耳 ) 30

31 第 1 章電的基本概念 1-12 電能基本計算有一 2000 瓦特的電熱水器, 使用 30 分鐘, 共消耗多少焦耳的電能? 換算為電度數為多少度? W=P.t= = ( 焦耳 ) 電度數 = =1 度 1-13 電度應用計算某一用戶有一 1200W 烤麵包機使用 45 分鐘,20 個 100W 電燈泡使用 4 小時,500W 洗衣機使用 1 小時,1200W 烘衣機使用 20 分鐘, 假設每度電費 3.3 元, 則應繳電費多少元? 烤麵包機消耗電能 :1.2kW 3 4 h=0.9kwh=0.9 度電燈泡消耗電能 :0.1kW 20 4h=8kWh=8 度洗衣機消耗電能 :0.5kW 1h=0.5kWh=0.5 度烘衣機消耗電能 :1.2kW 1 3 h=0.4kwh=0.4 度應繳電費 3.3 元 ( ) 元設電費每度 2.5 元, 一台 300 瓦特的電視機平均每天使用 6 小時, 若一個月以 30 天計, 則每月電視機所耗的電費為多少元? (A)75 (B)90 (C)125 (D)135 31

32 基本電學 Ⅰ 3 損失與效率在 1-3 節中得知 : 能量可以相互轉換, 但是會有消耗, 例如電動機將電能轉換為機械能使轉軸轉動, 其過程中會有摩擦損失風壓損失發熱損失等, 使得輸入的電能無法完全轉換成輸出的機械能, 這其中的差我們稱之為損失 (loss), 如圖 1-22 所示, 以公式表示如下 : 公式 W in W out =W loss ( 焦耳 ) 1-9 公式或 P in P out =P loss ( 瓦特 ) 1-10 其中 W in 為輸入能量,W out 為輸出能量,W loss 為損失能量 P in 為輸入功率,P out 為輸出功率, P loss 為損失功率圖 1-22 能量轉換與損失其次談到效率, 通常以希臘字母 ( 讀作 eta) 表示, 效率 (efficiency) 是指輸出能量 ( 或功率 ) 對輸入能量 ( 或功率 ) 的比值, 即公式 = W out W in 100%

33 第 1 章電的基本概念或公式 = P out P in 100% 1-12 因為有損失的存在, 造成輸出能量恆小於輸入能量, 效率恆小於 1 當系統由數個子系統串接而成時, 如圖 1-23 所示, 則整個系統的總效率為各子系統個別效率的乘積, 即總效率 : 公式 T= n 1-13 圖 1-23 數個子系統組成的系統效率 1-14 效率與損失的計算有一抽水馬達輸入功率為 880 瓦特, 若其效率為 0.85, 求馬達輸出為多少馬力損失為多少瓦特? 根據 (1-12) 公式 = P out P in 100% 0.85= P out 880, 故 P out = =748( 瓦特 ) =1.0026, 得馬達輸出約為 1 馬力損失 P loss =P in P out = =132( 瓦特 ) 設有一電動機輸入 5kW 電功率時, 輸出馬力數為 5hp, 求其損失效率 33

34 基本電學 Ⅰ 1-15 總效率的計算有一電力系統由兩個子系統組成, 第一個子系統的效率為 0.8, 第二個子系統的效率為 0.9, 求其總效率為多少? 根據 (1-13) 公式 T= 1 2 = = 度電 = kwh= 焦耳有一 12V 的電池, 流過 2 安培的電流, 則該電池供應瓦特的電力 1200 瓦特的烤箱, 使用 2 小時, 設每度電費 3 元, 則應付元有一抽水馬達測得輸入電壓及電流分別為 120 伏特 8 安培, 假設其效率為 0.8, 則其輸出功率為馬力偉大的科學家 - 瓦特蒸汽機大師瓦特 (JamesWatt,1736~1819)1736 年出生於英國蘇格蘭, 從小體弱多病, 不太喜歡上學, 但他卻很喜歡讀書, 尤其對數學更加喜好, 而且他從小就有手藝的天分, 經常在父親的店裡, 玩弄各種儀器, 還使用父親的工具製造出不少模型, 曾在大學修理天文學機械, 並自己開店幫人維修機械 1763 年底, 瓦特接受格拉斯哥大學的委託, 修理一台紐科門式蒸氣機的模型, 從此開啟瓦特改良蒸氣機的研究之路, 經過無數次的失敗, 不斷的試驗及改良, 終於在 1776 年 3 月 8 日成功地讓特大號的蒸氣機在眾目睽睽之下, 發揮了無比的威力, 從此瓦特的名聲傳遍世界 1785 年, 由於蒸氣機和其他的發明的重大成就, 瓦特被選為倫敦皇家學院的會員由於瓦特的發明和改良, 讓蒸氣機通用於各種工業用途, 產生穩定大量而有效率的動力來源, 進而帶動整個歐洲的工業革命, 改變人類的歷史 34

35 第 8 節 1.8 基本元件及符號認識基本元件及符號有那些? 電源類儀器類保護裝置類接點之符號辨別! 1 元件符號的標準電機電子專業領域所使用的元件種類繁多, 將會在各個專業課程中探討, 此處僅就基本電學課程必須使用到的元件進行說明, 首先從工業界常用的標準開始, 接著就基本電路元件電源類儀器類保護裝置等分類介紹之一般所繪製的電路符號必須根據公定標準規格來繪製, 才具有共通性便於閱讀, 常用標準通常為各國政府或相關產業共同制定, 現行的標準種類很多, 列舉常用者如下 : 中國國家標準 :CNS(ChineseNationalStandard) 國際標準組織 :ISO(InternationalStandardOrganization) 美國電機電子工程師學會 :IEEE(TheInstituteofElectricalandElectronics Engineers) 國際電工委員會 :IEC(InternationalElectrotechnicalCommission) 美國標準協會 :ANSI(AmericaNationalStandardInstitute) 英國工業標準 :BS(BritishStandardInstitute) 德國工業標準 :DIN(DeutscheIndustrialNormen) 日本工業標準 :JIS(JapaneseIndustrialStandard) 2 常用元件及符號在國內的電工常用符號有 CNS 工程製圖有關電機部分的符號, 及經濟部所頒訂的屋內線路裝置規則中有關電路符號部分 35

36 基本電學 Ⅰ 基本電路元件及符號元件名稱符號說明電阻器參考圖可變電阻器鋸齒形以三個為限, 可變電阻斜箭頭成 45 電感器三個半圓含鐵心含粉末鐵心可變電感器斜箭頭成 45 電容器可變電容器電解質電容器 (+) 代表極性阻抗器 36

37 第 1 章電的基本概念電源類符號元件名稱符號說明電池及直流電源長線為陽極短線為陰極交流電源為電池組例 : 可加文字表示相數及頻率例 :3,60Hz ( 相數 )( 頻率 ) 發電機交流直流電動機交流直流變壓器 (a) (b) 3 符號旁須另加文字表示種類例 :1 : 單相 3 : 三相 PT: 比壓器整流器正三角形箭頭方向為直流輸出方向 37

38 基本電學 Ⅰ 儀器類元件名稱符號說明指示儀器 ( 通用 ) 直流電壓計直流電流計交流電壓計交流電流計瓦特計瓩時計保護裝置元件名稱符號說明保險絲指示燈如需加顏色區別, 則依下列之文字代號例紅色 RL, 綠色 GL, 黃色 YL, 白色 WL, 透明 CL, 橘色 OL, 藍色 BL 接地系統接地設備接地 38

39 第 1 章電的基本概念元件名稱符號說明避雷器電鈴開關接點符號元件名稱符號說明 a 接點 + b 接點 c 接點 39

40 第 1 節原子的構造 : 由質子中子及電子組成, 其中質子及中子合稱 1 為原子核帶電性 : 中子不帶電質子帶正電電子帶負電電子分布 : 分為各層, 各層電子數以 2 n 2 為限帶電量 : 質子為 ( 庫侖 ), 電子為 ( 庫侖 ) 價電子 : 最外層軌道上的電子自由電子 : 脫離原子軌道, 可以自由活動的電子正離子 : 因游離造成該原子失去電子者負離子 : 因游離造成該原子獲得電子者導體 : 原子最外層價電子少於 4 個, 容易變成自由電子, 形成電子流者絕緣體 : 原子最外層價電子多於 4 個, 不易變成自由電子, 無法形成電子流者半導體 : 原子最外層價電子等於 4 個, 其導電性介於導體與絕緣體之間者第 2 節電學常用單位請參閱表 1-3 單位字首互換, 例如 : 1T=1000G,1G=1000M,1M=1000k 1=1000m,1=10 6,1n=10 9 第 3 節功 = 作用力物體沿作用力方向的位移 ;W=F.S 單位 :1J( 焦耳 )=1N-m( 牛頓 - 公尺 )=1/9.8kg-m( 公斤 - 公尺 ) 能量守恆定理 : 宇宙間的能量不會自行消失, 只是形式上的相互轉換 40

41 第 4 節電荷 :1 庫侖 = 個電子 1 個電子 = ( 庫侖 ) 靜電荷有靜電感應作用, 及同性相斥異性相吸的特性第 5 節電流 : 以單位時間流過導體某一截面的電量 ;I= Q t =Avne 電流的方向 : 正電荷流動的方向電子流的方向 : 電子流動的方向第 6 節電位差 : 電路元件兩端點間電位的差, 例如 :V AB =V A V B 電壓 :V AB 或 V 伏特 = W 焦耳 Q 庫侖端電壓 V = 電動勢 E - 電壓降 I r 第 7 節功率 : 單位時間所做的功 P= W t = VQ t = VIt t 單位 :1 馬力 =746 瓦 0.75 仟瓦 3 4 ( 仟瓦 ) =VI 1 電能 :W=P.t 單位 : 瓦特秒仟瓦特小時 (1kWh) 又稱為 1 度電 1 度電 =1kWh= 瓦特秒 = 焦耳 1 電子伏特 = 庫侖伏特 = 焦耳能量守恆定理的算式 :W in =W out +W loss 或 P in =P out+p loss 效率 : 是指輸出能量 ( 功率 ) 對輸入能量 ( 功率 ) 的比值 ; 其值永遠小於 1 P out = P out 100%= 100%= P in P loss 100% P in P out +P loss P in

42 基本電學 Ⅰ ( ) 1 個電子的荷電量為多少庫侖? (A) (B) (C) (D) ( ) 物質以物理方法加以細分, 仍能保持該物質基本特性的最小微粒, 稱為 (A) 物質 (B) 原子 (C) 分子 (D) 離子 ( ) 就電子分布而言, 分為各層, 設 n 表示層別, 第 n 層的電子數最多為多少個電子? (A)2 2 n (B)2 n 2 (C)n 2 (D)2 n ( ) 價電子等於 4 的物質, 屬於 (A) 絕緣體 (B) 半導體 (C) 導體 (D) 超導體 ( ) 國際單位系統中 (SI), 有關電的單位下列何者正確? (A) 電荷 : 法拉 (B) 電功率 : 焦耳 (C) 電能 : 電子伏特 (D) 電流 : 庫侖 ( ) 電容量法拉, 又稱為 (A)4.7 F (B)4.7nF (C)4.7pF (D)4.7MF ( ) 電壓 V, 又稱為 (A)3.45kV (B)345kV (C)345MV (D)3.45MV ( ) 用來將電能轉變成機械能的機器是 (A) 電動機 (B) 發電機 (C) 電暖器 (D) 喇叭 ( ) 有關電荷的敘述下列何者錯誤? (A) 當原子獲得電子, 則該原子為帶有負電荷的負離子 (B) 一個電子帶有庫侖的電量 (C)1 庫侖 = 個電子 (D) 電荷的數量稱為電量, 以符號 Q 表示 42

43 第 1 章電的基本概念 ( ) 設有一電荷載有個電子, 則該電荷帶有多少庫侖的電量? (A)4 (B) (C) (D) ( ) 每 1 秒鐘流過 1 庫侖的電量, 稱為 (A)1 安培 (B)1 庫侖 (C)1 瓦特 (D)1 伏特 ( ) 將 3 庫侖之電荷由 A 點移至 B 點, 需作功 18 焦耳, 則 A 點與 B 點間之電位差為幾伏特? (A)6 (B)12 (C)18 (D)54 ( ) 移動 1 庫侖電荷, 產生 1 伏特電壓所需之能量為若干焦耳? (A)0.1 (B)1 (C)10 (D)100 ( ) 5 馬力的抽水機, 使用 20 分鐘, 設其效率為 90%, 則共消耗多少仟焦耳的電能? (A)2238 (B)4476 (C)4973 (D)8952 ( ) 有一馬達效率為 80%, 輸入功率為 1760 瓦特, 則其輸出馬力數為多少? (A)1.89 (B)2.36 (C)1408 (D)1760 ( ) 有關自由電子的敘述下列何者正確? (A) 又稱為價電子 (B) 受到外界能量作用而產生 (C) 銅的自由電子為 1 (D) 最外層軌道上的電子 ( ) 若某一原子內電子游離後, 帶有 2 個電子,5 個質子, 則該原子帶有多少電量? (A) 庫侖 (B) 庫侖 (C) 庫侖 (D) 庫侖 ( ) 在 2 分鐘內若有 600 庫侖的電子從導體的一端進入該導體, 並有 600 庫侖的電子從另一端移出, 則導體內的平均電流之大小為多少安培? (A)600 (B)300 (C)50 (D)5 ( ) 有一銅線, 其截面積為 0.02 平方公分, 電子密度為個自由電子數 / 3, 線路電流為 16 安培, 則電子在銅線內的平均速率為多少公尺 / 秒? (A) (B) (C) (D)

44 基本電學 Ⅰ ( ) 兩點的電位差 V AB 之值為正時, 下列何者正確? (A)V BA = V AB (B) 表示 A 點的電位高於 B 點的電位 (C) 電流由 A 點流向 B 點 (D) 以上都對 ( ) 下列與電相關的敘述, 何者錯誤? (A) 使電荷移動而做功之動力稱為電動勢 (B) 導體中電子流動的方向就是傳統之電流的反方向 (C)1 度電相當於 1 千瓦之電功率 (D) 同性電荷相斥異性電荷相吸請區分物質分子與原子的不同有一元素的原子序為 36, 試問其電子分布情形為何? 解釋名詞 : 自由電子正離子半導體正電荷電流試寫出下列乘冪表示的實際大小 :( 用乘以 10 的幾次方表示 ) 69kV 1.9GHz 512MB 100 s 0.5mA 將 10 庫侖之電荷在 5 秒內, 由電位 10 伏特處移到 70 伏特處, 則平均功率為多少瓦特? 某 12V 電池若儲有庫侖電荷, 則可作功若干焦耳? 某電池原有 100 庫侖之電量, 在 10 分鐘內充電至 700 庫侖, 則其平均充電電流為多少安培? 以一只 2 伏特,30 安培小時的蓄電池, 供應一只 1.2 瓦特的燈泡, 最多可以點多少小時? 若一導線之截面積為 12.5 平方公分, 通過電流為 60A, 自由電子密度為個電子 / 立方公尺, 則電子在導線中之移動速率為每秒多少公尺? 50 間教室, 每間有 110V 40W 日光燈 12 盞, 平均每天開燈 5 小時, 每月開燈 25 天, 則每月使用多少度電? 44

本章綱要 -1 節點電壓法 -2 迴路電流法 -3 重疊定理 - 戴維寧定理 -5 諾頓定理 -6 戴維寧與諾頓等效電路之轉換 -7 最大功率轉移定理 Chapter 直流網路分析 0626-0.indd 125 2009/11/10 下午 0:58:09

本章綱要 -1 節點電壓法 -2 迴路電流法 -3 重疊定理 - 戴維寧定理 -5 諾頓定理 -6 戴維寧與諾頓等效電路之轉換 -7 最大功率轉移定理 Chapter 直流網路分析 0626-0.indd 125 2009/11/10 下午 0:58:09 ELECTRICITY ELECTRICITY BASIC BASIC 本章學習目標 1. 利用節點電壓法分析各支路的電流 2. 利用迴路電流法分析各迴路的電流 3. 瞭解重疊定理在多電源電路的應用. 利用戴維寧與諾頓定理化簡電路 5. 瞭解戴維寧與諾頓等效電路的轉換 6. 學習負載如何在電路中獲得最大的功率轉移 0626-0.indd 12 2009/11/10 下午 0:58:02 本章綱要 -1