第1章 電學概論 1-1 電的特性 1-2 電的單位 1-3 電 能 1-4 電 荷 1-5 電 壓 1-6 電 流 1-7 電功率 ==== 第1章 電學概論 ==== 第1章 電學概論 1-1 電的特性 1-2　電的單位 1-3　電　能 1-4 電　荷 1-5 電　壓 1-6 電　流 1-7 電功率

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1-1.1 認識『電』 1-1.2 物質、分子與原子 1.電是一種無形無色、無聲無味的能量 2.電是自然界存在的現象 1-1.1 認識『電』 1.電是一種無形無色、無聲無味的能量 2.電是自然界存在的現象 1-1.2 物質、分子與原子 1. 物質：凡具有質量、佔有空間的物體 2.分子：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。 3.原子：分子以化學方法加以分解，使其失去原有特性的最 小微粒。 例如：水分子是由兩個氫原子和一個氧原子所組成，如圖1-1所示。 1-3

物質、分子與原子 1-1.2 物質、分子與原子 圖1-1分子與原子的關係 1-4

1-1.3 原子的構造 1.帶電性：中子不帶電、質子帶正電、電子帶負電。 2.電子軌道分布： (1)依能量不同由內到外分別以K、L、M、N、O、P、Q為主層名稱。 (2)各主層最大電子數以2×n2 為限，n表示第幾層，如表1-1所示。 表1-1各主層的最大電子數目 1-5

1-1.3 原子的構造 (3)以銅原子為例，銅的原子序為29，表示銅原子有29個 質子、29個電子，電子的分布情形依序為：K = 2；L = 8 ； M =18；N =1，如圖1-2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：原子序=電子數=質子數) 圖1-2 銅原子的電子分布情形 1-6

1-1.3 原子的構造 3.帶電量、質量： (1)如表1-2所示，質子和電子的帶電量大小相等、正負相反 表1-2 中子、質子、電子的帶電量及質量 註：從本表得知：1e(電子)=-1.602×10-19庫侖 反知：1庫侖=6.25×1018個電子 (2)整個原子的淨電量為零，亦即原子本身不帶電(電中性) (3)質子的質量為電子質量的1836倍。 1-7

各種電子與電子流 1-1.4 各種電子與電子流 1.各電子名稱 (1) 束縛電子：受力而固定運行在軌道上的電子 (2) 價電子：原子最外層軌道上的電子 (3) 自由電子：已經脫離軌道自由活動的電子 2.電子流 自由電子受到外加能量的作用，會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。 1-8

1-1.4 各種電子與電子流 3.游離 (1) 游離的定義：原子受到外加能量的作用，將使原子中的電子產生 游離(ionization)現象 1-1.4 各種電子與電子流 3.游離 (1) 游離的定義：原子受到外加能量的作用，將使原子中的電子產生 游離(ionization)現象 (2) 正離子：游離造成該原子失去電子，稱該原子為正離子 (3) 負離子：游離造成該原子獲得電子，稱該原子為負離子 (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1-3 離子的形成 1-9

導體、絕緣體、半導體 1-1.5 導體、絕緣體、半導體 1.導　體： (1)價電子少於4個，容易受外力變成自由電子、形成電子流。 (2)例如：金屬(銀、銅、鋁) 、 石墨、酸鹼鹽溶液等。 2.絕緣體： (1)價電子多於4個，不易受外力變成自由電子、無法導電。 (2)例如：空氣、雲母、塑膠、玻璃、石英等。 3.半導體： (1)價電子等於4個，其導電性介於導體與絕緣體之間。 (2)將該物質摻入適當雜質，可以具有單向導電的特性。 (3)用於IC晶片，例如：矽(Si)、鍺(Ge)等。 1-10

基本單位、導出單位 1-2.1 基本單位、導出單位 1.基本單位：物理量中對長度、質量及時間的單位，如表1-3所示。 2.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。 3.單位系統：以MKS制為「國際單位系統 (System of International Unit，簡稱SI制)」。 表1-3 基本量的單位系統 1-11

電學常用單位 1-2.2 電學常用單位 表1-4 SI制的電學常用單位 1-12

乘冪表示法 1-2.3 乘冪表示法 表1-5 單位字首及其乘冪對照表 1-13

(1)4.7百萬歐姆 (2)12微法拉 (3)5毫亨利 (4)3仟瓦特 1-2.3 乘冪表示法 1- 1 單位乘冪的使用 1-14 1-2.3 乘冪表示法 1- 1 單位乘冪的使用 (1)4.7百萬歐姆 (2)12微法拉 (3)5毫亨利 (4)3仟瓦特 1-14

(1)4.7百萬歐姆 (2)12微法拉 (3)5毫亨利 (4)3仟瓦特 乘冪表示法 1-2.3 乘冪表示法 1- 1 單位乘冪的使用 (1)4.7百萬歐姆 (2)12微法拉 (3)5毫亨利 (4)3仟瓦特 = 4.7×106 Ω = 4.7 MΩ = 12×10–6F = 12μF = 5×10–3H = 5mH = 3×103W = 3kW 1-15

1.能量與功 (1) 能量(energy)是物質做功的能力 (2) 能量和功的符號都是W，其單位也都是焦耳(Joule,J)。 電能 1.能量與功 (1) 能量(energy)是物質做功的能力 (2) 能量和功的符號都是W，其單位也都是焦耳(Joule,J)。 2.能量守恆(不變)定理：宇宙間的能量不會無中生有，也不會平白消失，只會做形式上的轉換，而且其總和不變。 3.能量轉換的相關設備。 表1-6 各種能量轉換的設備元件 1-16

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？ 電能 1- 2 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？ 1-17

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？ 電能 1- 2 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？ 一個電子的帶電量=－1.602 ×10-19庫侖 一個質子的帶電量=+1.602 ×10-19庫侖 (6－3)×(－1.602 ×10-19 )=－4.806 ×10-19 庫侖 1-18

有一電荷載有5×1019個電子，則該電荷帶有多少庫侖的電量？ 電能 1- 3 庫侖和電子數的關係 1- 3 庫侖和電子數的關係 有一電荷載有5×1019個電子，則該電荷帶有多少庫侖的電量？ 有一電荷帶有1020個電子，試求該電荷的帶電量為多少庫侖？ 1-19

有一電荷載有5×1019個電子，則該電荷帶有多少庫侖的電量？ 電能 1- 3 庫侖和電子數的關係 有一電荷載有5×1019個電子，則該電荷帶有多少庫侖的電量？ 有一電荷帶有1020個電子，試求該電荷的帶電量為多少庫侖？ 1-20

有一電荷載有5×1019個電子，則該電荷帶有多少庫侖的電量？ 電能 1- 3 庫侖和電子數的關係 有一電荷載有5×1019個電子，則該電荷帶有多少庫侖的電量？ 有一電荷帶有1020個電子，試求該電荷的帶電量為多少庫侖？ 1-21

1-4.1 基本電荷 基本電荷：每一電子或質子是帶電物體的最小單位，稱之為基本電荷。 1-4.1　基本電荷 基本電荷：每一電子或質子是帶電物體的最小單位，稱之為基本電荷。 電量：帶電物體內所含電荷的數量稱為電量，以Q表示，單位為庫侖(C)。 1個基本電荷(電子)的帶電量=1.610-19庫侖 1庫侖= =6.25×10 18 個基本電荷(電子)的帶電量。 1-22

1-4.2 靜電荷 1.靜電荷：電荷在物體內並不會移動，無法形成電子流者 1-4.2　靜電荷 1.靜電荷：電荷在物體內並不會移動，無法形成電子流者 2.將玻璃棒與絲綢兩種物體相互摩擦後，造成玻璃棒帶正電，絲綢帶負電。 將塑膠棒與毛皮相互摩擦，毛皮帶正電，塑膠棒帶負電。 3.靜電荷具有下列特性： (1)同性電荷互相排斥、異性電荷互相吸引，如圖1-5所示。 (a)同性相斥 　　　　　　　 　(b)異性相吸 圖1-5 同性相斥、異性相吸 1-23

靜電荷 1-4.2　靜電荷 (a)感應前 (b)感應後 圖1-6靜電感應作用 1-24

1-5.1 電壓的定義 1.電壓(voltage)：把電荷從一端壓到另一端。要使導體內的電荷開始流動形成電流，在導體兩端供給的驅動能量。 1-5.1　電壓的定義 1.電壓(voltage)：把電荷從一端壓到另一端。要使導體內的電荷開始流動形成電流，在導體兩端供給的驅動能量。 2.如圖1-7電池提供電能驅使電荷移動，使燈絲作功發光。 3.電壓、電位、電位差、電動勢、端電壓及電壓降等的單位都是伏特(volt ,V)。 (a)水位 (b)電位 圖1-7 水位與電位 1-25

1-5.2 電位與電位差 1.電位的定義： (1)A點電位(VA)：單位電荷(Q)在該點所具有的電位能(WA)，公式： 1-5.2　電位與電位差 1.電位的定義： (1)A點電位(VA)：單位電荷(Q)在該點所具有的電位能(WA)，公式： (2)A點電位(VA)：將單位電荷從無窮遠()處移動至該點所做的功，公式： 1-1 VA(伏特)= 1-2 VA－V = ，即 VA = (伏特，V) 1-26

電位與電位差 1-5.2　電位與電位差 2.電位差的定義： (1)將單位正電荷由一點移到另一點所需的功，即為兩點間的電位差。 (2)將電荷Q從B點移至A點，其位能由WB變為WA，則兩點的電位差VAB為： 1-3 VAB = VA－VB = ＝ (伏特，V) (3)將電荷從A點移至B點，則其電位差表示為VBA， VBA = VB－VA。故，VAB =－V BA。 1-27

1-5.2 電位與電位差 以圖1-8進一步說明如下： 圖(a)：VAB > 0時，表示A點電位高於B點電位，電流由A點流向B點。 1-5.2　電位與電位差 以圖1-8進一步說明如下： 圖(a)：VAB > 0時，表示A點電位高於B點電位，電流由A點流向B點。 圖(b)：VAB < 0時，表示A點電位低於B點電位，電流由B點流向A點。 (a) VAB > 0 (b) VAB < 0 圖1-8　電位高低及電流的流向 1-28

將3庫侖之電荷由B點移至A點，需作功18焦耳，則A、B兩點間之電位差為幾伏特？ 有關電位差定義的計算 1- 4 有關電位差定義的計算 將3庫侖之電荷由B點移至A點，需作功18焦耳，則A、B兩點間之電位差為幾伏特？ 將2×10-6庫侖的電荷通過一元件作功20焦耳，則元件兩端的電位差為多少？ 1-29

將3庫侖之電荷由B點移至A點，需作功18焦耳，則A、B兩點間之電位差為幾伏特？ 有關電位差定義的計算 1- 4 有關電位差定義的計算 將3庫侖之電荷由B點移至A點，需作功18焦耳，則A、B兩點間之電位差為幾伏特？ 將2×10-6庫侖的電荷通過一元件作功20焦耳，則元件兩端的電位差為多少？ 1-30

將3庫侖之電荷由B點移至A點，需作功18焦耳，則A、B兩點間之電位差為幾伏特？ 有關電位差定義的計算 1- 4 有關電位差定義的計算 將3庫侖之電荷由B點移至A點，需作功18焦耳，則A、B兩點間之電位差為幾伏特？ 將2×10-6庫侖的電荷通過一元件作功20焦耳，則元件兩端的電位差為多少？ 1-31

如下圖所示 ，試求： (1) VA (2) VB (3) VC (4) VD (5) VAC (6) VAD 分別為多少？ 電位差的計算 1- 5 電位差的計算 如下圖所示 ，試求： (1) VA　(2) VB　(3) VC　(4) VD　(5) VAC　(6) VAD　分別為多少？ 例1-5圖(1) 1-32

如下圖所示 ，試求： (1) VA (2) VB (3) VC (4) VD (5) VAC (6) VAD 分別為多少？ 電位差的計算 1- 5 電位差的計算 如下圖所示 ，試求： (1) VA　(2) VB　(3) VC　(4) VD　(5) VAC　(6) VAD　分別為多少？ 例1-5圖(1) (1) VA= VAB = 9V (2) VB = 0V (3) VC = VCB = 6V (4) VD = VDB = VDC + VCB = 3+6 = 9V (5) VAC = VA－VC = 9 － 6 = 3V　 (6) VAD = VA － VD= 9 － 9 = 0V 1-33

如下圖所示，試求：(1) VX (2) VY (3) VXY (4) VYX分別為多少？ 電位差的計算 1- 5 電位差的計算 如下圖所示，試求：(1) VX　(2) VY　(3) VXY　(4) VYX分別為多少？ 例1-5圖(2) 1-34

如下圖所示，試求：(1) VX (2) VY (3) VXY (4) VYX分別為多少？ 電位差的計算 1- 5 電位差的計算 如下圖所示，試求：(1) VX　(2) VY　(3) VXY　(4) VYX分別為多少？ 例1-5圖(2) (1) VX = 7V 　(2) VY = 10V (3) VXY = VX－VY = 7－10 = －3V 　(4) VYX = －VXY = 3V 1-35

1-5.3 電動勢、電壓降與端電壓 1.電動勢(electomotive force,emf或E) 1-5.3　電動勢、電壓降與端電壓 1.電動勢(electomotive force,emf或E) 　電池或發電機所提供的電壓稱為電動勢； 　電動勢對電荷提供能量，驅使電荷產生移 動形成電流，完成做功程序。 2.電壓降(voltage drop,Vr) 　當電荷通過電路元件時會做功，使電荷所 帶電能減少、元件兩端產生電位差，這個 電位差就是電壓降。 3.端電壓(terminal voltage,Vt) 　外部電路元件(負載)兩端點間的電位差稱 為端電壓。　 如圖1-9。以公式表示，即： 圖1-9 電動勢、電壓降與端電壓之關係 1-36

如圖1-9所示，開關S打開時，VBC =12伏特，開關S閉合時，VBC =10.8伏特，則電動勢、端電壓與電壓降分別為多少？ 電動勢、電壓降與端電壓綜合運算 1- 6 電動勢、電壓降與端電壓綜合運算 如圖1-9所示，開關S打開時，VBC =12伏特，開關S閉合時，VBC =10.8伏特，則電動勢、端電壓與電壓降分別為多少？ 本例中VAC 稱為　　　　　，其值為　　　　V， VAB稱為　 　　　　，其值為　 　　　V， VBC稱為　 　　　　，其值為　 　　　V。(註：S閉合時) 1-37

如圖1-9所示，開關S打開時，VBC =12伏特，開關S閉合時，VBC =10.8伏特，則電動勢、端電壓與電壓降分別為多少？ 電動勢、電壓降與端電壓綜合運算 1- 6 電動勢、電壓降與端電壓綜合運算 如圖1-9所示，開關S打開時，VBC =12伏特，開關S閉合時，VBC =10.8伏特，則電動勢、端電壓與電壓降分別為多少？ (1)開關S打開時，沒有電荷流通；此時端電壓等於電動勢，故 電動勢等於12伏特。 (2)開關S閉合時，有電荷流通；VBC即為外部電路元件的端電壓，故端電壓為10.8伏特。 (3)電壓降為兩者之差：12－10.8=1.2伏特。 本例中VAC 稱為　電動勢　，其值為　12　V， VAB稱為　 電壓降　，其值為　 1.2　V， VBC稱為　 端電壓　，其值為　 10.8　V。(註：S閉合時) 1-38

1-6.1 電流的大小 1.電荷在導體中的連續移動就稱為電流 2.電流的大小：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： 1-6.1　電流的大小 1.電荷在導體中的連續移動就稱為電流 2.電流的大小：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： 3.假設t秒鐘內有N個電子流過導體截面，1個電子(1e) = 1.6×10-19庫侖，則： 1-39

假設在5分鐘內有3000庫侖的電荷從導體的一端進入，同時有3000 庫侖的電荷從另一端移出，則流經該導體的平均電流為多少？ 電流算式練習(一) 1- 7 電流算式練習(一) 假設在5分鐘內有3000庫侖的電荷從導體的一端進入，同時有3000 庫侖的電荷從另一端移出，則流經該導體的平均電流為多少？ 有一導線，每秒流過6.25 ×1019個電子，其電流為多少安培？ 1-40

假設在5分鐘內有3000庫侖的電荷從導體的一端進入，同時有3000 庫侖的電荷從另一端移出，則流經該導體的平均電流為多少？ 電流算式練習(一) 1- 7 電流算式練習(一) 假設在5分鐘內有3000庫侖的電荷從導體的一端進入，同時有3000 庫侖的電荷從另一端移出，則流經該導體的平均電流為多少？ I = = =10 (安培) 有一導線，每秒流過6.25 ×1019個電子，其電流為多少安培？ 1-41

假設在5分鐘內有3000庫侖的電荷從導體的一端進入，同時有3000 庫侖的電荷從另一端移出，則流經該導體的平均電流為多少？ 電流算式練習(一) 1- 7 電流算式練習(一) 假設在5分鐘內有3000庫侖的電荷從導體的一端進入，同時有3000 庫侖的電荷從另一端移出，則流經該導體的平均電流為多少？ I = = =10 (安培) 有一導線，每秒流過6.25 ×1019個電子，其電流為多少安培？ 6.25×1019個電子＝10庫侖電量。 (安培) 1-42

有一導體，兩秒鐘內有6.25 ×1019個電子流過其截面，求其流過的電量及電流分別為多少？ 電流算式練習(二) 1- 8 電流算式練習(二) 有一導體，兩秒鐘內有6.25 ×1019個電子流過其截面，求其流過的電量及電流分別為多少？ 有2安培電流流過導體，則在5秒時通過的電量及電子分別為多少？ 1-43

有一導體，兩秒鐘內有6.25 ×1019個電子流過其截面，求其流過的電量及電流分別為多少？ 電流算式練習(二) 1- 8 電流算式練習(二) 有一導體，兩秒鐘內有6.25 ×1019個電子流過其截面，求其流過的電量及電流分別為多少？ 電量Q = N × e=(6.25×1019) ×(1.6×10-19)＝10庫侖。 電流I = =10安培 有2安培電流流過導體，則在5秒時通過的電量及電子分別為多少？ 1-44

有一導體，兩秒鐘內有6.25 ×1019個電子流過其截面，求其流過的電量及電流分別為多少？ 電流算式練習(二) 1- 8 電流算式練習(二) 有一導體，兩秒鐘內有6.25 ×1019個電子流過其截面，求其流過的電量及電流分別為多少？ 電量Q = N × e=(6.25×1019) ×(1.6×10-19)＝10庫侖。 電流I = =10安培 有2安培電流流過導體，則在5秒時通過的電量及電子分別為多少？ 電量Q = I × t =2×5=10庫侖 總電子數=10×(6.25 ×1018)= 6.25 ×1019個電子 1-45

1-6.2 電流的方向 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。 圖1-11 導體內電流與電子流的不同 1-6.2　電流的方向 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。 圖1-11 導體內電流與電子流的不同 1-46

1-6.3 電流的速度 1.電流是以光速(3108公尺／秒)來傳遞電能的， 1-6.3　電流的速度 1.電流是以光速(3108公尺／秒)來傳遞電能的， 2.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1-12所示。 圖1-12 電子傳遞的情形 1-47

1-6.4 電流的另一種算法 今有一導體如圖1-13所示，假設： A：導體的截面積(m2 ) ：導體的長度(公尺) t：時間(秒) 1-6.4　電流的另一種算法 圖1-13 電流運算示意圖 今有一導體如圖1-13所示，假設： A：導體的截面積(m2 ) ：導體的長度(公尺) t：時間(秒) v：電子傳遞的速度(公尺／秒)，v = n：每單位體積所含的電子數 (自由電子數／m3) e：每1電子所帶電量(1.610-19庫侖) 總電量Q = 體積 =(A )ne=A ne　(庫侖， C) 故： 1-48

如本例條件，但是電子的平均速率v調為0.5×10-4公尺／秒，則線路電流變為多少安培？ 電子流動速度計算 1- 9 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1029 個自由電子數/m3(立方公尺)，線路電流為8安培，試求電子在銅線內的平均速率為多少? 如本例條件，但是電子的平均速率v調為0.5×10-4公尺／秒，則線路電流變為多少安培？ 1-49

發現：電子在銅線內的速率真的是很慢的，每秒只有10-4公尺 電子流動速度計算 1- 9 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1029 個自由電子數/m3(立方公尺)，線路電流為8安培，試求電子在銅線內的平均速率為多少? 根據(1-7)公式， ，則 (公尺/秒) 發現：電子在銅線內的速率真的是很慢的，每秒只有10-4公尺 如本例條件，但是電子的平均速率v調為0.5×10-4公尺／秒，則線路電流變為多少安培？ 1-50

發現：電子在銅線內的速率真的是很慢的，每秒只有10-4公尺 電子流動速度計算 1- 9 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1029 個自由電子數/m3(立方公尺)，線路電流為8安培，試求電子在銅線內的平均速率為多少? 根據(1-7)公式， ，則 (公尺/秒) 發現：電子在銅線內的速率真的是很慢的，每秒只有10-4公尺 如本例條件，但是電子的平均速率v調為0.5×10-4公尺／秒，則線路電流變為多少安培？ 速率v和電流成正比，v降一半，電流跟著降一半，得4A。 1-51

1-7-1 功率的定義 1.功率的定義 功率(power)就是作功的速率或「單位時間所做的功」或「單位時間t所消耗的能量W」 2.功率的公式 1-7-1　功率的定義 1.功率的定義 功率(power)就是作功的速率或「單位時間所做的功」或「單位時間t所消耗的能量W」 2.功率的公式 功率以P為符號，即： V = ， Q = I t，得： 3.功率的單位 (1)電功率的單位： 公制為：瓦特，或仟瓦(kW)；英制為：馬力(horse power，簡稱hp) (2)馬力和瓦特的關係為： 1馬力=746瓦≒0.75仟瓦≒ (仟瓦) 1馬力=550 (呎．磅／秒) 1-52

有一電熱器，加上100伏特的電壓時，於1分鐘內消耗60000焦耳的能量，試求：(1)該電熱器的瓦特數 (2)電流各為多少？ 有關電功率定義的計算 1- 10 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60000焦耳的能量，試求：(1)該電熱器的瓦特數　(2)電流各為多少？ 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：(1)其消耗的電能、(2)電流各為多少？ 1-53

有一電熱器，加上100伏特的電壓時，於1分鐘內消耗60000焦耳的能量，試求：(1)該電熱器的瓦特數 (2)電流各為多少？ 有關電功率定義的計算 1- 10 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60000焦耳的能量，試求：(1)該電熱器的瓦特數　(2)電流各為多少？ P = = =1000(瓦特) (1)根據(1-8)公式，該電熱器的瓦特數 (2)根據(1-9)公式，電流I = = =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：(1)其消耗的電能、(2)電流各為多少？ 1-54

有一電熱器，加上100伏特的電壓時，於1分鐘內消耗60000焦耳的能量，試求：(1)該電熱器的瓦特數 (2)電流各為多少？ 有關電功率定義的計算 1- 10 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60000焦耳的能量，試求：(1)該電熱器的瓦特數　(2)電流各為多少？ P = = =1000(瓦特) (1)根據(1-8)公式，該電熱器的瓦特數 (2)根據(1-9)公式，電流I = = =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：(1)其消耗的電能、(2)電流各為多少？ 2馬力＝746×2＝1492瓦特。 消耗的電能︰W＝P × t＝1492×10×60＝895200焦耳。 電流 安培 1-55

1-7-2 電能與電度 1. 電能的定義 (1)電能的定義：電功率為P瓦特的電器，使用t秒時間所消耗的能量 2.電能的單位： 1-7-2　電能與電度 1. 電能的定義 (1)電能的定義：電功率為P瓦特的電器，使用t秒時間所消耗的能量 (2)電能的公式： 2.電能的單位： 焦耳，或「瓦特‧秒」，或「仟瓦特‧小時(或1kWh)」或 「電子伏特(eV) 」 1度電=1kWh=1000×3600 (瓦特‧秒) = 3.6 ×106 (焦耳) 1電子伏特=1.6×10-19(庫侖‧伏特) = 1.6×10-19 (焦耳) 圖1-14 瓩時表量測電能 1-56

有一2000瓦特的電熱水器，使用1小時，共消耗多少焦耳的電能？ 換算為電度數為多少度？ 電能基本計算 1- 11 電能基本計算 有一2000瓦特的電熱水器，使用1小時，共消耗多少焦耳的電能？ 換算為電度數為多少度？ 5馬力的抽水馬達運轉20分鐘，求： (1)其消耗的電能為多少焦耳？(2)相當於幾度電？ 1-57

有一2000瓦特的電熱水器，使用1小時，共消耗多少焦耳的電能？ 換算為電度數為多少度？ 電能基本計算 1- 11 電能基本計算 有一2000瓦特的電熱水器，使用1小時，共消耗多少焦耳的電能？ 換算為電度數為多少度？ W = P‧t = 2000 × 60 × 60=7.2 ×106 (焦耳，J) 電度數= = 2 (度) 或電度數=2kW×1h =2kWh=2(度) 5馬力的抽水馬達運轉20分鐘，求： (1)其消耗的電能為多少焦耳？(2)相當於幾度電？ 1-58

有一2000瓦特的電熱水器，使用1小時，共消耗多少焦耳的電能？ 換算為電度數為多少度？ 電能基本計算 1- 11 電能基本計算 有一2000瓦特的電熱水器，使用1小時，共消耗多少焦耳的電能？ 換算為電度數為多少度？ W = P‧t = 2000 × 60 × 60=7.2 ×106 (焦耳，J) 電度數= = 2 (度) 或電度數=2kW×1h =2kWh=2(度) 5馬力的抽水馬達運轉20分鐘，求： (1)其消耗的電能為多少焦耳？(2)相當於幾度電？ (1) 5馬力＝746×5＝3730瓦特。 消耗的電能W＝P × t＝3730×20×60＝4476000焦耳＝ 4.476×106焦耳。 (2)電度數=3.73／3＝1.24度電 1-59

電能應用計算 1- 12 電能應用計算 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4元，則應繳電費多少元？ 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。 1-60

電能應用計算 1- 12 電能應用計算 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4元，則應繳電費多少元？ 烤麵包機消耗電能： 1.2kW × 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 × h = 0.4kWh = 0.4 度 應繳電費： 4元× (0.9＋8＋0.5＋0.4)≒39.2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。 1-61

電能應用計算 1- 12 電能應用計算 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4元，則應繳電費多少元？ 烤麵包機消耗電能： 1.2kW × 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 × h = 0.4kWh = 0.4 度 應繳電費： 4元× (0.9＋8＋0.5＋0.4)≒39.2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。 2.5元×〔(300W×6h×30)/1000〕＝135元 1-62

損失與效率 1-7-3　損失與效率 1. 損失：能量轉換過程中的消耗。 損失的計算式： 圖1-15 能量轉換與損失 1-63

1-7-3 損失與效率 2.效率：是指輸出能量(或功率)對輸入能量(或功率)的比值， 以表示，即可寫成： 1-7-3　損失與效率 2.效率：是指輸出能量(或功率)對輸入能量(或功率)的比值， 以表示，即可寫成： 3.輸出能量恆小於輸入能量，故，效率恆小於1。 4.當系統由數個子系統串接而成時，如圖1-16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： 1-64 圖1-16 數個子系統組成的總系統效率

有一抽水馬達輸入功率為880瓦特，若其效率為0.85，求 (1)馬達輸出為多少馬力 (2)損失為多少瓦特？ 效率與損失的計算 1- 13 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 (1)馬達輸出為多少馬力　(2)損失為多少瓦特？ 設有一電動機輸入5kW電功率時，輸出馬力數為5hp，求其： (1)損失　(2)效率。 1-65

有一抽水馬達輸入功率為880瓦特，若其效率為0.85，求 (1)馬達輸出為多少馬力 (2)損失為多少瓦特？ 效率與損失的計算 1- 13 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 (1)馬達輸出為多少馬力　(2)損失為多少瓦特？ (1)根據(1-12)公式  = ×100% 0.85= ，故 Pout = 0.85 × 880=748(瓦特) =1.0026，得馬達輸出約為1馬力 (2)損失 Ploss= Pin －Pout = 880－748 = 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： (1)損失　(2)效率。 1-66

有一抽水馬達輸入功率為880瓦特，若其效率為0.85，求 (1)馬達輸出為多少馬力 (2)損失為多少瓦特？ 效率與損失的計算 1- 13 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 (1)馬達輸出為多少馬力　(2)損失為多少瓦特？ (1)根據(1-12)公式  = ×100% 0.85= ，故 Pout = 0.85 × 880=748(瓦特) =1.0026，得馬達輸出約為1馬力 (2)損失 Ploss= Pin －Pout = 880－748 = 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： (1)損失　(2)效率。 (1) 輸出功率Pout＝5 × 746=3730W 損失＝Pin－Pout＝5000－3730＝1270瓦特。 (2) 1-67

總效率的計算 1- 14 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：(1)總效率為多少?(2)若輸入500焦耳的電能，則輸出為多少? 1-68

總效率的計算 1- 14 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：(1)總效率為多少?(2)若輸入500焦耳的電能，則輸出為多少? (1)根據(1-14)公式 (2)輸出能量 (焦耳) 1-69

名師教學示範 教材 教材 名師教學示範 例題1-1 單位乘冪的使用 例題1-2 原子內的帶電量計算 例題1-3 庫侖和電子數的關係 例題1-4 有關電位差定義的計算 例題1-5 電位差觀念的計算 例題1-6 電動勢、電壓降與端電壓綜合運算 例題1-7 電流算式練習(一) 例題1-8 電流算式練習(二) 例題1-9 變動中的電流計算 例題1-10 電子流動速度計算 例題1-11 有關電功率定義計算 例題1-12 電能基本計算 例題1-13 效率與損失的計算 例題1-14 總效率的計算