投 稿 類 別 : 物 理 組 篇 名 : 電 你 跑 到 哪 裡 去 了!?-- 教 室 內 電 器 的 耗 電 研 究 作 者 : 李 君 柔 國 立 家 齊 女 中 高 一 10 班 郭 倢 如 國 立 家 齊 女 中 高 一 10 班 陳 棕 祈 國 立 家 齊 女 中 高 一 10 班 指 導 老 師 : 王 丹 平 老 師 林 郁 婷 老 師 1
一 研 究 動 機 壹 前 言 學 校 不 斷 向 同 學 宣 導 要 節 電, 甚 至 限 制 教 室 冷 氣 與 電 腦 的 使 用 時 間 我 們 發 現 教 室 中 有 許 多 電 器 不 常 使 用, 又 聽 說 電 器 插 頭 插 著 無 形 中 會 消 耗 許 多 電, 因 此 引 發 想 去 找 出 教 室 內 的 電 消 耗 在 哪 裡 二 研 究 目 的 希 望 可 以 藉 由 此 主 題, 找 出 教 室 內 的 電 使 用 在 哪 裡, 並 發 現 教 室 用 電 多 消 耗 在 哪 哩, 以 思 考 可 以 節 電 的 方 法, 作 為 校 園 節 電 措 施 的 基 礎 資 料 三 實 驗 器 材 三 用 電 錶 : 廠 牌 型 號 CHY-21 ( 如 圖 一 ) 自 製 測 量 電 壓 與 電 流 插 頭 螺 絲 起 子 圖 一 : 三 用 電 錶 ( 圖 片 來 源 : 研 究 者 自 行 拍 攝 ) 四 研 究 方 法 ( 一 ) 測 量 電 流 與 電 壓 ( 二 ) 將 上 述 實 驗 結 果 畫 成 比 較 數 據 表 格 ( 三 ) 計 算 電 功 率 與 使 用 度 數 ( 四 ) 了 解 電 器 有 使 用 和 無 使 用 時 的 耗 電 量 情 況 一 器 材 原 理 貳 正 文 2
( 一 ) 保 險 絲 1. 保 險 絲 是 一 種 安 裝 在 電 路 中 確 保 電 路 安 全 運 行 的 電 器 元 件, 由 電 阻 率 比 較 大 而 熔 點 較 低 的 銀 銅 合 金 制 成 的 導 線, 保 護 電 子 設 備 不 受 過 大 電 流 的 傷 害, 也 可 避 免 電 子 設 備 因 內 部 故 障 所 致 的 傷 害 每 個 保 險 絲 上 皆 有 額 定 規 格, 當 電 流 超 過 額 定 規 格 時 保 險 絲 就 會 自 動 熔 斷 切 斷 電 流, 從 而 起 到 保 護 電 路 安 全 運 行 的 作 用 保 險 絲 也 分 有 許 多 種 類, 而 在 我 們 的 三 用 電 表 中 出 現 的 有 陶 瓷 保 險 絲 與 一 般 保 險 絲 ( 如 圖 二 ) 一 般 保 險 絲 陶 瓷 保 險 絲 圖 二 : 三 用 電 錶 中 的 保 險 絲 ( 圖 片 來 源 : 研 究 者 自 行 拍 攝 ) 2. 辦 別 保 險 絲 是 否 燒 壞 之 方 法 : (1) 將 紅 色 測 試 棒 插 入 V/Ω 插 座, 黑 色 測 試 棒 插 入 COM 插 座 (2) 將 兩 測 試 棒 與 保 險 絲 兩 端 接 觸 (3) 若 機 器 發 出 嗶 嗶 聲, 則 代 表 保 險 絲 沒 有 燒 壞 ; 反 之, 則 是 燒 壞 了 註 : 此 方 法 是 利 用 測 量 保 險 絲 的 電 阻 來 判 斷 是 否 燒 壞 當 保 險 絲 燒 壞 時, 測 出 的 電 阻 為 無 限 大 ( 我 們 使 用 的 三 用 電 錶 測 出 嗶 嗶 聲 即 為 電 阻 無 限 大 ) ( 二 ) 交 流 電 壓 與 電 流 1. 交 流 電 流 與 電 壓 為 一 輸 出 電 流 或 電 壓 方 向 隨 時 間 做 週 期 性 的 變 化 交 流 為 一 種 在 一 定 之 時 間 內 變 換 其 流 動 方 向 的 電 流 或 電 壓, 而 目 前 台 灣 電 力 公 司 所 供 應 的 交 流 電 為 正 弦 波, 交 流 電 源 流 經 導 體 的 電 流 也 隨 著 電 壓 作 同 步 的 週 期 性 變 化, 此 種 電 流 稱 為 交 流 電 (alternating current, 簡 記 為 AC) f=1/t f: 頻 率 (Hz),T: 週 期 ( 秒 ) 2. 由 於 本 次 實 驗 中 三 用 電 表 的 ACV 檔, 只 能 量 測 出 正 弦 波 交 流 電 壓 的 有 效 值, 因 為 交 流 電 為 一 正 弦 波, 實 際 上 並 沒 有 辦 法 使 用 機 器 直 接 量 測 出 電 流 與 電 3
壓 的 實 際 大 小, 因 此 使 用 的 數 據 為 其 有 效 值 交 流 電 電 壓 與 電 流 之 有 效 值 (Eeff Erms E 均 方 根 值 ): 正 弦 波 交 流 能 產 生 相 當 直 流 之 電 功 率 的 等 值 電 流 或 電 壓 E=1/ 2 * Em=0.707Em 圖 三 : 正 弦 波 交 流 電 ( 圖 片 來 源 : 註 一 ) 峰 值 ( 最 大 值 ): 正 弦 波 之 正 半 週 或 負 半 週 的 最 大 振 幅 均 相 等, 稱 之 為 峰 值 簡 稱 Em 3. 電 壓 測 量 方 法 (1) 將 紅 色 測 試 棒 插 入 V/Ω 插 座, 黑 色 測 試 棒 插 入 COM 插 座 (2) 旋 轉 開 關 轉 至 ACV 區 域 (3) 測 試 棒 與 待 測 線 路 並 聯 (4) 從 數 位 顯 示 器 讀 取 待 測 電 壓 值 4. 電 流 測 量 方 法 (1) 將 紅 色 測 試 棒 插 入 10A 插 座, 黑 色 測 試 棒 插 入 COM 插 座 (2) 轉 開 關 轉 至 ACV 區 域 (3) 測 試 棒 與 待 測 線 路 串 聯 (4) 從 數 位 顯 示 器 讀 取 待 測 電 流 值 (5) 若 步 驟 4 讀 出 的 數 值 較 小, 則 將 紅 色 測 試 棒 改 插 入 ma 插 座 4
圖 四 : 三 用 電 錶 測 量 插 孔 圖 五 : 三 用 電 錶 測 量 功 能 旋 鈕 ( 圖 片 來 源 : 研 究 者 自 行 拍 攝 ) ( 圖 片 來 源 : 研 究 者 自 行 拍 攝 ) 二 研 究 過 程 ( 一 ) 調 查 教 室 內 各 種 電 器 的 狀 況, 依 電 器 位 置 與 使 用 分 類 : 1. 電 腦 系 統 : 包 括 : 電 腦 主 機 電 腦 螢 幕 延 長 線 2. 數 位 多 媒 體 隨 選 系 統 (IOD): 包 括 : 投 影 機 升 降 布 幕 IOD 子 機 計 時 器 電 視 機 (LD) 電 視 機 (CRT) 螢 幕 3. 集 線 系 統 ( 為 電 腦 系 統 與 IOD 的 電 源 與 訊 號 ): 包 括 : 集 線 器 螢 幕 轉 換 器 延 長 線 電 腦 主 機 電 腦 系 統 電 腦 螢 幕 升 降 布 幕 延 長 線 電 視 機 (CRT) 集 線 器 螢 幕 110V 延 長 線 集 線 系 統 螢 幕 轉 換 器 投 影 機 延 長 線 電 視 機 (LD) IOD 子 機 IOD 計 時 器 圖 六 : 電 腦 系 統 IOD 系 統 與 集 線 系 統 的 接 線 狀 況 圖 5
4. 教 室 系 統 : 電 你 跑 到 哪 裡 去 了!?-- 教 室 內 電 器 的 耗 電 研 究 包 括 : 板 擦 機 黑 板 電 燈 教 室 電 燈 吊 扇 立 扇 黑 板 電 燈 開 關 教 室 電 扇 吊 扇 教 室 立 扇 110V 板 擦 機 圖 七 : 教 室 系 統 的 接 線 狀 況 圖 ( 二 ) 測 查 教 室 所 有 電 器 電 壓 與 電 流, 包 括 使 用 與 不 使 用 之 情 況 並 紀 錄 1. 以 自 製 插 頭 測 量 : (1) 到 五 金 行 購 買 : 電 線 ( 內 有 2 條 跳 接 電 線 ) 插 頭 座 插 頭 (2) 測 電 壓 的 插 座 保 持 原 樣 ( 並 聯 ) ( 如 圖 八 ) (3) 測 電 流 的 插 座 改 裝 成 串 連 ( 如 圖 九 ) 圖 八 : 自 製 測 量 電 壓 插 頭 圖 九 : 自 製 測 量 電 流 插 頭 ( 圖 片 來 源 : 研 究 者 自 行 拍 攝 ) (3) 將 原 電 器 插 頭 插 在 自 製 插 座 的 其 中 一 個 插 座 上 (4) 在 將 自 製 插 頭 插 回 原 插 座 上 (5) 自 製 插 頭 的 另 一 個 插 座 連 接 三 用 電 錶 (6) 讀 取 測 量 數 值 並 紀 錄 在 表 格 裡 6
圖 十 : 以 自 製 插 頭 測 量 電 壓 電 流 圖 十 一 : 紀 錄 測 量 值 ( 圖 片 來 源 : 研 究 者 自 行 拍 攝 ) 2. 無 法 以 自 製 插 頭 測 量 ( 所 有 電 燈 電 扇 的 所 有 開 關 並 沒 有 獨 立, 而 且 只 有 開 關 沒 有 插 頭, 所 以 無 法 以 自 製 插 頭 測 量 ): (1) 用 螺 絲 起 子 拆 開 開 關 座 ( 如 圖 十 二 ) (2) 用 三 用 電 錶 連 接 電 線 兩 端 ( 如 圖 十 三 ) (3) 讀 取 測 量 數 值 並 紀 錄 圖 十 二 圖 十 三 ( 圖 片 來 源 : 研 究 者 自 行 拍 攝 ) 四 研 究 結 果 ( 一 ) 測 量 教 室 所 有 電 器 的 電 流 與 電 壓, 其 結 果 如 下 : 7
表 一 : 教 室 內 電 器 測 量 數 據 ( 為 測 量 3 次 平 均 之 數 值 )( 以 家 齊 女 中 高 一 10 班 為 例 ) 電 壓 (V) 電 流 (A) 有 使 用 無 使 用 有 使 用 無 使 用 電 腦 主 機 109.9 110.1 0.49 0.0273 電 腦 電 腦 螢 幕 110.8 111 0.235 0.015 延 長 線 110.7 110.6 0.0051 0 板 擦 機 110.6 110.5 0.1015 0.0024 黑 板 電 燈 (2 根 燈 管 ) 110.8 111.1 0.45 0 教 室 電 燈 (4 根 燈 管 ) 110.8 111.1 0.9 0 教 室 電 燈 (8 根 燈 管 ) 110.8 111.1 1.8 0 教 室 電 燈 (12 根 燈 管 ) 110.8 111.1 2.7 0 教 室 電 燈 (16 根 燈 管 ) 110.8 111.1 3.6 0 教 室 電 燈 (20 根 燈 管 ) 110.8 111.1 4.5 0 教 室 電 燈 (24 根 燈 管 ) 110.8 111.1 5.4 0 教 室 吊 扇 2 110.9 111.3 0.72 0 吊 扇 4 110.9 111.3 1.44 0 立 扇 大 110.2 110.5 0.45 0 立 扇 中 110.2 110.5 0.37 0 立 扇 小 110.2 110.5 0.33 0 立 扇 大 + 擺 頭 110.2 110.5 0.45 0 立 扇 中 + 擺 頭 110.2 110.5 0.37 0 立 扇 小 + 擺 頭 110.3 110.5 0.33 0 集 線 器 110.5 無 開 關 0.0141 無 開 關 集 線 螢 幕 轉 換 器 110.4 110.4 0.0291 無 開 關 延 長 線 110.6 110.6 0.0056 0 投 影 機 109.6 109 2.7 0.1051 升 降 布 幕 向 上 110.2 110.4 0.79 0.00003 升 降 布 幕 向 下 110.2 110.4 0.81 0.00003 IOD 子 機 109.2 109.2 0.14 0.0143 IOD 計 時 器 110.4 110.4 0.0059 無 開 關 電 視 機 (LD) 108.6 108.9 1.37 0.0249 電 視 機 (CRT) 110.1 110.5 0.61 0.0299 螢 幕 轉 換 器 ( 上 ) 110.6 無 開 關 0.0333 無 開 關 ( 二 ) 使 用 EXCEL 帶 入 公 式 計 算 結 果 如 下 : 1. 電 功 率 計 算 公 式 : P= IV (P: 電 功 率 I: 電 流 V: 電 壓 ) 8
2. 度 數 計 算 公 式 : 度 =kw*hr/1000 表 二 : 計 算 結 果 電 功 率 預 估 一 天 平 均 度 P hr kw*hr/1000 有 使 用 無 使 用 有 使 用 無 使 用 有 使 用 無 使 用 電 腦 主 機 53.851 3.006 8 16 0.43081 0.04809 電 腦 電 腦 螢 幕 26.038 1.665 8 16 0.2083 0.02664 延 長 線 0.565 0 24 0 0.01355 0 板 擦 機 11.226 0.265 0.2 23.8 0.00225 0.00631 黑 板 電 燈 (2 根 燈 管 ) 49.860 0 8 16 0.39888 0 教 室 電 燈 (4 根 燈 管 ) 99.720 0 8 16 0.79776 0 教 室 電 燈 (8 根 燈 管 ) 199.440 0 8 16 1.59552 0 教 室 電 燈 (12 根 燈 管 ) 299.160 0 8 16 2.39328 0 教 室 電 燈 (16 根 燈 管 ) 398.880 0 8 16 3.19104 0 教 室 電 燈 (20 根 燈 管 ) 498.600 0 8 16 3.9888 0 教 室 電 燈 (24 根 燈 管 ) 598.320 0 8 16 4.78656 0 教 室 吊 扇 2 79.848 0 8 16 0.63878 0 吊 扇 4 159.696 0 8 16 1.27757 0 立 扇 大 49.590 0 8 16 0.39672 0 立 扇 中 40.774 0 8 16 0.32619 0 立 扇 小 36.366 0 8 16 0.29093 0 立 扇 大 + 擺 頭 49.590 0 8 16 0.39672 0 立 扇 中 + 擺 頭 40.774 0 8 16 0.32619 0 立 扇 小 + 擺 頭 36.399 0 8 16 0.29119 0 集 線 器 1.558 無 開 關 24 0 0.03739 0 集 線 螢 幕 轉 換 器 3.213 無 開 關 24 0 0.0771 0 延 長 線 0.619 0 24 0 0.01486 0 投 影 機 295.920 11.456 1 23 0.29592 0.263486 升 降 布 幕 向 上 87.058 0.003 0.1 23.9 0.008706 0 升 降 布 幕 向 下 89.262 0.003 0.1 23.9 0.008926 0 IOD 子 機 15.288 1.562 24 0 0.366912 0 IOD 計 時 器 0.651 無 開 關 24 0 0.015633 0 電 視 機 (LD) 148.782 2.712 1 23 0.148782 0.062367 電 視 機 (CRT) 67.161 3.304 0 24 0 0.079295 螢 幕 轉 換 器 ( 上 ) 3.683 無 開 關 0 24 0 0 9
参 結 論 與 討 論 一 結 論 ( 一 ) 依 教 室 內 電 器 測 量 數 據 ( 如 表 一 ) 得 知 : 1. 簡 單 電 器 低 耗 損 ( 關 掉 時 無 法 測 到 電 流 ), 例 如 電 燈 吊 扇 立 扇 2. 使 用 電 燈 時 的 電 流 和 電 燈 燈 管 數 成 正 比, 吊 扇 和 立 扇 均 有 此 現 象 3. 立 扇 擺 頭 與 否 不 影 響 電 壓 電 流 4. 板 擦 機 電 腦 主 機 電 腦 螢 幕 投 影 機 映 像 管 電 視 和 液 晶 電 視 無 使 用 時 也 有 電 流 通 過, 所 以 大 部 分 的 時 間 都 在 耗 電 ( 二 ) 數 據 經 過 計 算 後, 不 使 用 時 仍 會 耗 電 的 電 器 如 下 : 1. 依 實 驗 結 果, 教 室 內 最 耗 電 的 電 器 是 投 影 機, 學 校 ( 以 50 間 教 室 計 算, 以 下 均 以 此 計 算 ) 一 天 浪 費 了 13.1743 度 電 ( 約 31.4 元 ) 2. 依 實 驗 結 果, 如 果 每 間 教 室 都 拔 掉 沒 在 使 用 的 映 像 管 電 視 和 液 晶 電 視 的 插 頭 或 不 供 應 電 源, 那 學 校 一 天 就 可 以 省 7.0831 度 的 電 ( 約 1.7 元 ) 3. 依 實 驗 結 果, 如 果 每 天 放 學 都 拔 掉 電 腦 主 機 和 電 腦 螢 幕 的 插 頭,ㄧ 天 學 校 可 以 省 3.7365 的 電 ( 約 8.9 元 ) 4. 依 實 驗 結 果, 板 擦 機 一 天 用 不 到 10 分 鐘, 沒 使 用 時 插 著 插 頭 每 天 浪 費 0.3155 度 電 ( 約 0.8 元 ), 所 以 應 拔 掉 插 頭 二 討 論 ( 一 ) 沒 有 測 量 冷 氣, 因 為 插 座 是 三 孔, 所 以 無 法 以 自 製 插 頭 測 量, 而 且 冷 氣 電 壓 電 流 太 大, 如 果 像 測 電 燈 那 樣 拆 解 開 來 測, 可 能 有 危 險, 如 果 需 要 測 大 電 流 需 要 扣 環 式 電 表, 但 環 扣 式 電 錶 沒 辦 法 測 到 沒 使 用 電 器 時 的 小 電 流, 所 以 無 法 拿 它 來 測 量 ( 二 ) 廣 播 喇 叭 每 天 都 有 燈 亮 著, 可 是 線 卻 牽 到 教 室 外 面, 所 以 無 從 測 量 起 10
( 三 ) 原 本 有 利 用 40mA 來 測 量, 但 因 測 量 時 常 燒 掉 保 險 絲, 因 此 放 棄 40mA, 改 用 400mA 來 測 量 ( 除 非 400mA 測 起 來 為 0, 才 用 40mA 來 測 ( 四 ) 利 用 三 用 電 表 的 微 安 培 計 無 法 測 得 電 流, 並 不 代 表 線 路 上 沒 有 流 的 存 在, 所 以 進 一 步 需 使 用 毫 安 培 計 改 善 我 們 的 測 量 方 式 肆 引 註 資 料 保 險 絲 的 介 紹 工 作 原 理 和 主 要 用 途 2012/12/21, http://www.cisregister.com/html/articlebig/baoxiansijieshao.html 保 險 絲 的 基 本 原 理 2013/02/28, http://wikipps.hk/%e4%bf%9d%e9%9a%aa%e7%b5%b2/ 交 流 電 電 壓 原 理 2012/12/21,http://zhidao.baidu.com/question/134641760 教 育 部 校 園 節 能 減 碳 資 訊 平 台 節 能 減 碳 知 識 查 詢 系 統 2013/03/18, http://co2.ftis.org.tw/pagej4.asp?class=5 褚 德 三 蔣 亨 進 蔡 尚 芳 沈 清 高 徐 國 誠 楊 樹 基 (2008) 選 修 物 理 ( 上 ) 台 北 縣 : 龍 騰 文 化 註 一 : 電 源 網 首 頁 一 種 基 於 SG3525 驅 動 的 高 頻 鏈 正 弦 波 逆 變 器 的 研 究 2013/03/29, bbs.dianyuan.com/topic/203627 11