CHAPTER 14 電流 第一節 電流、電阻和歐姆定律 第二節 克希荷夫定律 第三節 電位能、電位和電位差

電流、電阻和歐姆定律 課本 P.104 第一節 電流、電阻和歐姆定律 一、 電流 電流和水流有著相似的觀念；我們可以先考慮到水流的情形，水流是由高處(高重力位能)向低處(低重力位能)流動，流到低處後再由外加壓力的水泵，使水能傳送到高處，再循環的流動。

電流、電阻和歐姆定律 課本 P.104 電流則是自由電子、離子或其他的載子，由電壓的驅動，使正電荷自高電位處向低電位處移動，而形成電流（electric current）（圖14-1）。

電流、電阻和歐姆定律 課本 P.104 而目前我們所了解的是金屬導線中的正電荷並不會移動，而是自由電子在移動，自由電子移動所形成的叫電子流；電子流和電流方向相反，大小相同（圖14-2）。

但因為電子的流動和正電荷的流動是相對的關係，所以我們還是習慣以電流來做電路及一些電學上的考慮。 電流、電阻和歐姆定律 課本 P.104 但因為電子的流動和正電荷的流動是相對的關係，所以我們還是習慣以電流來做電路及一些電學上的考慮。 電流的定義為單位時間內所流過導線一截面積的電量，所以我們可以寫為： 其中，Q為流過截面積之電量，單位為庫倫(C)；t是所經時間，單位為秒(s)；I為電流的大小，單位是安培 (A，Amp，Ampere)

電流、電阻和歐姆定律 課本 P.104   我們也可以將電流大小寫成另一種形式： I＝neAv

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電流、電阻和歐姆定律 課本 P.105 我們再考慮一個情形：我們一開電燈的開關，燈泡馬上就會發亮，電子的移動是不是和光速一樣的快？其實不然，電流的傳遞速率是光速，但是電流的傳遞像是一個充滿奶油的擠奶油花的設備，當推擠後面的奶油，前面的奶油會因為後面的奶油被推擠，一個擠一個，而使前面的奶油被迅速的推擠出來（圖14-3）

電流、電阻和歐姆定律 課本 P.105  

電流、電阻和歐姆定律 課本 P.105

電流、電阻和歐姆定律 課本 P.105

電流、電阻和歐姆定律 課本 P.106

電流、電阻和歐姆定律 課本 P.106

直流電可以由各種電池（如乾電池、太陽電池、鋰電池…等）提供。恆穩電流是較理想的，電流的方向及大小都不會因時間而改變。 電流、電阻和歐姆定律 課本 P.106 電流可以分為直流電和交流電兩種： (一)直流電 　　直流電（DC，direct current）又稱為恆定電流；電流方向不隨時間而改變的電流，我們稱為直流電。我們常在日常的儀器中使用直流電，像提供手機的電流或電視遙控器的電流…等，都是直流電（圖14-5）。 直流電可以由各種電池（如乾電池、太陽電池、鋰電池…等）提供。恆穩電流是較理想的，電流的方向及大小都不會因時間而改變。

電流、電阻和歐姆定律 課本 P.106 (二)交流電 　　電流的大小和方向都會隨著時間而做週期性的改變，這種電流稱為交流電（AC，alternating current）。一般我們經由交流發電機所得到的電流就是交流電，目前電力公司所提供的家庭用電都是屬於交流電（圖14-6）。

電流、電阻和歐姆定律 課本 P.107 二、 電阻及歐姆定律 我們以金屬導線為例，當電流在流動時，自由電子的流動，會受到導線材質以及導線內本身的原子（包含原子核及電子）的影響，而產生自由電子行進的阻礙，這個阻礙我們稱為電阻（圖14-7）。不同的材質會有不同的物質特性，電阻也會不同。

電流、電阻和歐姆定律 課本 P.107

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電流、電阻和歐姆定律 課本 P.107

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電流、電阻和歐姆定律 課本 P.108

電阻的大小和電阻的材質、長度以及截面積大小有關，我們可以發現： 電流、電阻和歐姆定律 課本 P.108 電阻的大小和電阻的材質、長度以及截面積大小有關，我們可以發現： 　1.電阻大小和長度成正比，電阻越長則電阻越大。 　2.電阻大小和截面積成反比，電阻截面積越大則電阻越小。

電流、電阻和歐姆定律 課本 P.108

電流、電阻和歐姆定律 課本 P.108

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電流、電阻和歐姆定律 課本 P.109

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電流、電阻和歐姆定律 課本 P.109 三、 電阻的串聯及並聯  

電池所提供的電動勢會驅使電流自正極向負極流出，其流出的電流大小以i表示，單位為安培（A）。 電流、電阻和歐姆定律 課本 P.110 電池所提供的電動勢會驅使電流自正極向負極流出，其流出的電流大小以i表示，單位為安培（A）。 導線中的點，尤其是兩條導線的連接點，我們稱節點。 而當電路形成一個閉合的電路時，我們稱為迴路。

我們常將電池的內電阻理想化視為0，而電路圖方便我們了解電路的設計，它不需將實體畫出，節省並簡化了真實電路的情形。 電流、電阻和歐姆定律 課本 P.110 我們常將電池的內電阻理想化視為0，而電路圖方便我們了解電路的設計，它不需將實體畫出，節省並簡化了真實電路的情形。 圖14-9就是一個簡單的電路圖。

電流、電阻和歐姆定律 課本 P.110  

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電流、電阻和歐姆定律 課本 P.110

電流、電阻和歐姆定律 課本 P.111

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電流、電阻和歐姆定律 課本 P.111

電流、電阻和歐姆定律 課本 P.111

電流、電阻和歐姆定律 課本 P.112

電流、電阻和歐姆定律 課本 P.112

電流、電阻和歐姆定律 課本 P.112 四、 電池的內電阻及端電壓 在理想的情況下，我們會將電池的內電阻視為0，將電路的情形簡化。而在現實生活中，電池本身也是有電阻的，這個電池自己本身的電阻稱為內電阻或內部電阻（圖14-14）。

電流、電阻和歐姆定律 課本 P.112  

電流、電阻和歐姆定律 課本 P.112

電流、電阻和歐姆定律 課本 P.113

克希荷夫定律 課本 P.113 第二節 克希荷夫定律 在電路學上，我們常用的串聯並聯解法是由克希荷夫定律所延伸出來的。德國物理學家克希荷夫（Gustav Robert irchhoff，1822～1887）在光譜學及電路工程上都有顯著的貢獻（圖14-15）。

克希荷夫定律 課本 P.113 克希荷夫在845年描述了克希荷夫電路定律（Kirchhoff's circuit law）；克希荷夫電路定律由兩個定律所組成，分別為克希荷夫電流定律（Kirchhoff's current law）和克希荷夫電壓定律（Kirchhoff's voltage law）。 以下我們分別簡介克布荷夫電路定律。

克希荷夫定律 課本 P.113 一、 克希荷夫電流定律 電路中的任何一個節點，其流進的總電流必和流出的總電流相同，此為克希荷夫電路定律，又稱為克希荷夫第一定則或克希荷夫（接）點定則；我們可以寫為：

克希荷夫定律 課本 P.113 我們可以將電流和水流來做一個聯想，當水流流到某一節點時，流入的水總量必和流出的水總量相同；而電流的情形也是相同的，必須符合電荷守恆原理，所以在電荷不會消失的情形下，流入的電荷量必然會等於流出的電荷量，亦即流入的電流總和必等於流出的電流總和（圖14-16）。

克希荷夫定律 課本 P.114  

克希荷夫定律 課本 P.114

克希荷夫定律 課本 P.114

我們之前在考慮電阻的並聯，所使用的觀念也是利用克希荷夫電流定律的觀念，在電池流出的總電流量會分配到各個並聯的電阻上，如圖14-19所示。 克希荷夫定律 課本 P.114 我們之前在考慮電阻的並聯，所使用的觀念也是利用克希荷夫電流定律的觀念，在電池流出的總電流量會分配到各個並聯的電阻上，如圖14-19所示。

二、 克希荷夫電壓定律 封閉電路中的總電壓必為0，此為克希荷夫電壓定律，又稱為克希荷夫第二定則或克希荷夫迴圈點定則；我們可以寫為： 克希荷夫定律 課本 P.114 二、 克希荷夫電壓定律 封閉電路中的總電壓必為0，此為克希荷夫電壓定律，又稱為克希荷夫第二定則或克希荷夫迴圈點定則；我們可以寫為：

克希荷夫定律 課本 P.114

克希荷夫定律 課本 P.115 克希荷夫電路定律在多迴路電路上是不可或缺的定律，由克希荷夫定律，解出多迴路電路中複雜的電路問題，在基本電學中也是重要的應用定理。我們以下用實例來做說明克希荷夫定律的應用。

克希荷夫定律 課本 P.115

克希荷夫定律 課本 P.115  

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克希荷夫定律 課本 P.116  

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克希荷夫定律 課本 P.116

克希荷夫定律 課本 P.116

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克希荷夫定律 課本 P.117

克希荷夫定律 課本 P.117

電流的熱效應和電功率 課本 P.117 第三節 電流的熱效應和電功率 電流有三種效應：分別為電流的化學效應、電流的熱效應和電流的磁效應。電流的化學效應包含了化學變化產生電流和電流產生化學變化兩大類，化學變化產生電流，最常見的就是電池，而電流產生化學變化最常見的為電解和電鍍，我們在此不討論。電流的磁效應則會在下個章節中討論。以下我們將討論電流的熱效應和電功率。

電流的熱效應和電功率 課本 P.117 一、 電功率和電流的熱效應 我們考慮一個簡單的電路，如圖14-24；當電池給予電路元件電壓時，會形成電流流動；自由電子在移動的過程中，會因為碰撞到原子中的物質而產生非彈性碰撞，其碰撞的能量會使得原子振動能量增加，而使溫度上升，這個效應稱為電流的熱效應。

電流的熱效應和電功率 課本 P.118

電流的熱效應和電功率 課本 P.118

電流的熱效應和電功率 課本 P.118 電功率的單位和功率相同，單位為瓦特（W），1瓦特＝1焦耳/秒，即1 W＝1 J/s；除了瓦特外，常見的單位為瓩，也就是千瓦（kW），1 kW＝1000 W。一般的電器上只會標註電壓V和電功率W；所標註的電壓即該電器在正常使用時所使用的電壓，而所標註的電功率W則是該電器在正常使用電壓V之下，所消耗的電功率 大小。

電流的熱效應和電功率 課本 P.118 電流的熱效應是常見的現象，在日常生活中，我們用的家用電鍋、熱水瓶及電烤箱…等，都是電流熱效應的應用（圖14-25）；但是電流熱效應也會產生我們生活上或工業上的一些麻煩，例如在使用電腦時，常會因為使用一段時間後，中央處理器或硬碟等的溫度過高，而電腦會自動當機或重新開機；

電流的熱效應和電功率 課本 P.118

電流的熱效應和電功率 課本 P.118 工業上也有因電流熱效應而使電子儀器溫度過高，而造成儀器容易損壞的情形，像監視螢幕（monitor）會因電熱效應而溫度過高，使得螢幕的壽命減少。要解決過熱的問題可以增加散熱片、散熱孔或風扇等，最有效的是強制冷卻的方式，像利用水冷卻系統來解決。

電流的熱效應和電功率 課本 P.119

電流的熱效應和電功率 課本 P.119

電流的熱效應和電功率 課本 P.119 二、 電功率和電能

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