六年制學程/01/2014.01.02

出自六年制學程
在2015年7月17日 (五) 02:03由丁志仁對話 | 貢獻所做的修訂版本

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基本電路

基本理解

  • 金屬
    1. 金屬光澤
    2. 延展性
    3. 導熱
    4. 導電
  • 庫侖(C),為6.24×1018顆電子的帶電量。
  • 電源:簡易比喻:為每顆自由電子供定量的能量水(動);提供每顆電子(或每庫倫電子),固定的動能。
  • 電阻:簡易比喻:自由電子爬山。微觀描述:每當自由電子與晶格發生碰撞,其動能會遭受損失,以熱能的形式將能量釋放,所以,電子的平均移動速度是漂移速度,即電流大小。在現實中,物質的原子排列不可能為完全規則,因此電子在流動途中會被不按規則排列的原子散射,這是電阻的來源。一個具有完美晶格的金屬晶體,週期性結構沒有偏差,熱運動足夠微小,自由電子於「連續空軌域」中平滑移動,則這晶體的電阻等於零,此即為超導體。
  • 電流:電子的流速,即某一點斷面上所有電子的平均移動速度。
  • 回路中,電阻加倍,電流減半。
  • 回路中,電池加倍,電流加倍。
  • 一完整回路中,所有升電壓總和(電源所提供)=所有降電壓總和(電阻耗去)。
  • 一點,每秒所有流入此點的電子=每秒所有流出此點的電子;所有流入此點的電流=所有流出此點的電流。

簡要定義

  • 電量:庫侖(C),為6.24146×1018顆電子的帶電量。電子帶電量為1.6021892×10-19庫侖,
  • 電流:安培(A),導體斷面每秒通過一庫倫的流量。測電流時找一點,電流計一端接斷面的左邊,另一端接斷面右邊。
  • 電壓:伏特(V),兩點間每庫侖作功多少焦耳。測電壓時找兩點,電壓計一端接第一點,另一端接第二點。 
  • 電功率:瓦(W),兩點間每秒作功多少焦耳。
  • 電阻:歐姆(Ω),兩點間的電壓除以通過的電流。電壓=電流*電阻。

復習:

  • 能量:焦耳(J),所有過程皆守恆的量。一卡耳約 4.2 焦耳。

電路的基本觀念

一個簡單的電路,其中的電流以小寫字母 i 表示。電壓(v)、電阻(R)和電流(i)之間會有v=iR的關係,也就是歐姆定律
  1. 沒有回路就沒有電流。
  2. 電源的作用是提供每顆電子(或每庫倫電子),固定的動能;不是提供固定大小的電流。有如給每一個通過的大力水手(電子)一罐固定能量的菠菜精。但每秒會有幾個大力水手通過電源,卻不固定。對電池來說,每秒越多個大力水手通過電池,菠菜精越快拿光光。但對插頭來說不是這樣。
  3. 電路中的任一回路「圈」,諸電源的總供電(提供電壓),恰好等於諸電阻的總耗電(消耗電壓)。即電子繞一圈來,充了電能,又用掉電能。
  4. 電路上任一「點」,流入的總電流恰好等於流出的總電流。
  5. 當時搞錯了,以為是正電荷在流動,所以電流方向,和電子流方向相反。現在科學家和各國政府也沒魄力改過來。(如下圖)
簡圖表示出常規電流的流向和電子的流向。正電荷(紅線)從電源的正極移動到負極,而電子(綠線)則從負極移動到正極。












歐姆電路的數值解法

  1. 分解出一個個回路。
  2. 找出每個回路的電源,諸電源能提供的電壓加總。
  3. 找出每個回路中電阻,諸電阻加總。
  4. 每一個回路中的總電壓除以這個回路中的總電阻,即為電流。
  5. 合併各回路的電流。

電力計算

基本公式

  1. E=W*T,電能(焦耳)=電功率(瓦)×時間(秒)
  2. W=V*I,電功率(瓦)=電壓(伏特)×電流(安培)
  3. V=I*R,電壓(伏特)=電流(安培)×電阻(歐姆)

電費計算

  • 市電插頭送出每庫倫 110 焦耳的電能,繞行電器一週後,庫倫電子耗去電能 110 焦耳。
  • 每度電是 3600000 焦耳,即 360 萬焦耳。
  • 電費表
  • 家用電器表
  • 並聯電路延長線分出許多迴路,但每一迴路電壓不變:Parallel circuit.svg

PhET

題目