電與生活

第十四章 電與生活 第1單元 伏打電池

1. 電 池 : 與電解的原理相反，將 _____能 轉變為___能。 化學 電 2. 電池的發現與製造 : (1) 18世紀期末，義大利醫生 ________ 在偶然的機會，以黃銅製的解剖刀， 碰觸到放在鐵盤內的青蛙，發現青蛙 會產生抽搐。 賈法尼認為動物的組織會產生電流，而 金屬只是傳遞電流的導體。 賈法尼

(2) 義大利科學家 ______ 認為，電流是由兩種 不同的金屬產生的，他可以任何潮濕的物質 取代那隻青蛙。 (2) 義大利科學家 ______ 認為，電流是由兩種 不同的金屬產生的，他可以任何潮濕的物質 取代那隻青蛙。 伏打 (3) 在舌頭上放錫片，舌頭下放銀片，兩金屬不 接觸時，舌頭沒有感覺，但當兩金屬接觸時， 舌頭會感到微微刺痛。 食鹽水 銀 (4) 西元1799年，伏打用含 ______ 的濕布夾在 ___ 和 ___ 圓形板中間，以銀布鋅，以鋅布銀 …… 依序堆積成圓柱，利用導線連接最頂端的銀 ( ___ 極) 和最底層的鋅( ___ 極)，製造出最早的 電池，稱為____ 電池。 鋅 正 負 伏打

伏打電池 將兩種不同的金屬導線連接， 中間隔有可導電的物質，就會 產生電流。

(1) 鋅銅電池 :

鋅的活性比銅 ___，所以 ___ 放出電子 為 ___ 極。 (2) 負極反應式 : _________________。 甲杯中Zn2+愈來愈 ___，鋅板重量 ____。 (3) 正極反應式 : _________________。 Cu2+在正極得到電子產生Cu 附於銅板， 所以銅板重量 ____，Cu2+ 愈來愈 ___， 乙杯顏色變淡 ( 藍 無) 大 鋅 負 Zn  Zn2+ + 2e- 多 減少 Cu2+ + 2e-  Cu 增加 少

總 反 應 : _____________________。  鋅減少1mole 銅增加1mole  鋅減少 _____ 銅增加 _____ ( Zn = 65，Cu = 63.5 ) ∴ 兩極總質量愈來愈 ___ Zn + Cu2+ Zn2+ + Cu 65g 63.5g 小

(e) 鹽橋功能 : 構成完整的電路，保持溶液的電中性。 NO3- 移向 ___ 杯，K+移向 ___ 杯。 (負離子移向 ___ 極) (正離子移向 ___ 極) 甲 乙 負 正

(2) 銅銀電池 :

(a) 銅的活性比銀 __，所以 __ 是正極，__ 是負極。 (b) 負極反應式 : _________________。 銅板重量 ____，Cu2+愈來愈多。 (c) 正極反應式 : _______________，重量 _____。 (d) 總 反 應 : ____________________________。 銅減少 1mole 銀增加 2mole 銅減少 _____ 銀銅增加216g (Cu = 63.5，Ag = 108) ∴ 兩極總質量 ____ 大 銀 銅 Cu  Cu2+ + 2e- 減少 Ag+ + e-  Ag 增加 Cu + 2Ag+  Cu2+ + 2Ag 63.5g 增加

第2單元 實用電池研究整理

1. 乾 電 池 : 種類很多，一般多指 _____ 電池。 (1) 正極為 _____，負極為 _____。 (2) 填充物為 ______、_______、 ______、 _______、澱粉加少量水製成之糊狀物。 正離子游向 ____ 極 (3) 導電情形  負離子游向 ____ 極。 碳鋅 碳棒 鋅殼 石墨 二氧化錳 氯化銨 氯化鋅 正 負

(4) 型 號 : 由大到小 1 號電池 2 號電池 3 號電池 4 號電池 Size - D Size - C Size - AA Size – AAA (5) 乾電池在放電初期電壓約為 ____V， 隨後逐漸降低，終至無法使用。 1.5

2. 鹼性電池 : 一般多指 ______ 電池。 (1) 電解液是 _________ ( ) (2) 可產生較大電流，且電壓維持不變， 但價格較貴。 鹼錳 氫氧化鉀 KOH

(3) 水銀電池 : 正極是 _____ ( )，負極是 ___ 。 (2) 電解液是 ________。 (3) 常供作手錶，計算機的電源，不可隨意 丟棄，造成汞污染。 氧化汞 HgO 鋅 KOH

4. 充電電池 : 有 ______、______、_______、_______。 (1) 鉛電池 : 以 _______ 為正極，___為負極。 (a) 電極為平板狀，正負極交互配置，負極 與負極相連，正極與正極相連，極板間 放有隔離板，放在 _____ 溶液中。 ( 1.24g/cm3 )。 (b) 一般汽機車使用的鉛電池均由數個槽 組成，每一個槽的電壓為 __V。 鉛電池 鋰電池 鎳鎘電池 鎳氫電池 二氧化鉛 鉛 硫酸 2

(c) 反應向右為 __ 電，反應向左為 __ 電。 放 充

(d) 放電時 (I) 正 極 : PbO2  ______，極板重量 ____。 (II) 負 極 : Pb  ______，極板重量 ____。 (III) 硫酸濃度 ____。 (IV) 兩電極板增加之質量 = 電解液減少之質量。 PbSO4 增加 PbSO4 增加 變小

(e)充電時 電池外接 ____ 電源，外電源正極接電池 ____ 極，外電源負極接電池 ____ 極。 正 極 : PbSO4 ____，極板重量____。 (III) 負極 : PbSO4 ___，極板重量____。 (IV) 硫酸濃度 ____。 (V)兩電極板減少之質量 = 電解液增加之質量。 直流 正 負 PbO2 減少 Pb 減少 增加

(2) 鋰電池 : (a) 過去的鋰電池不能充電，1991年 開發出可充電的鋰電池。 (b) 鋰電池起長壽長命 ( 5 ~10年)，在全世界 有超過30萬病患在人體內裝設它藉以維持 生命。 (C)電腦中普遍使用鋰電池，其電壓隨型號 不同而變。

(3) 鎳鎘電池 : 由於電壓穩定，壽命長，廣泛使用 於停電預備電源和安全燈，但鎳是 有毒的金屬，有些國家已限制使用。 (3) 鎳鎘電池 : 由於電壓穩定，壽命長，廣泛使用 於停電預備電源和安全燈，但鎳是 有毒的金屬，有些國家已限制使用。

(4) 鎳氫電池 : 負極採用能吸收 ___ 原子的特殊合金， 取代鎳鎘電池中的鎘，較符合環保要求， 且可儲存較高能量。 氫

第3單元 直流電與交流電

1. 電 源 (1) 直流電流 ( _____ ): (a) 電池如乾電池，鉛電池等皆是直流電源， 都標示著固定的正、負極。 (b) 電流在電路中，流向始終不變， 例 : 電流由電池的正極流出，經導線、 電器流回電池負極。 (c) 直流電源比交流電源早發明。 D.C

2. 交流電源 ( _____ ): A.C 電力公司提供的電源，如家裹的插座， 並無標示正、負極。 (b) 電流的方向是不固定的。 例 : 台灣所使用的交流電，以每秒 60次 的頻率來改變電流的 ____和 ____ 所以電流每秒鐘方向改變 _____ 次。 方向 大小 120

(c) 電流的磁效應 : 不能使導線上方磁針偏轉。 (d) 電流的化學效應 : 例如:電解水時兩極產生 氣體體積比 _______。 (e) 電流的熱效應 : 與直流電流相同，皆可使 燈泡亮，在相同電壓下， 燈泡亮度相同。 (f) 商業用電都使用交流電源，主要原因是 交流電可以用簡單的方式改變 ____。 1 : 1 電壓

2. 變壓器 : 改變電壓的裝置。 (1) 構 造 : 由鐵芯和繞在鐵芯上的兩組線圈 組成，輸入交流電的稱為 _____ 輸出交流電的稱為 ______。 原線圈 副線圈

(2) 原 理 : 改變原線圈和副線圈所繞的 圈數比，則輸出電壓會改變。 註 : 若原線圈的圈數大於副線圈的圈數，則產生 _____ 若原線圈的圈數小於副線圈的圈數，則產生 _____ 降壓 升壓 變壓 整流 (3)整流變壓器 : 具有 ______ 及 ______ 兩種功能。 如電器接上整流變壓器，可使家用 電源110V，降至電器所需電壓，並 透過內部電子零件將交流電變成 直流電。

第4單元 計算電流的熱效應

電流的 熱效應 原 理 電流通過高電阻材料時產生 ___ 和 ___。 例 : 電爐、電鍋 …. 等。 光 熱 導線中的電荷受電池的推動而沿電路流動。 流動的電荷攜帶由電池提供的電能出發， 經過導線時被轉換成 ___ 。 經過燈泡時，電能在燈泡裏轉換為 ___ 。 所消耗的電能由電池補充，電荷並沒有 消失，但電池的電能漸漸消耗在燈泡及 導線上。 因此漸漸減少，終至無法使用。 熱 原 理 光

電壓 與 電能 電壓是指每單位電量所攜帶的電能。 E 公 式 : V = Q ( V : 電壓，E : 電能，Q : 電量 ) E = Q X V 單 位 : 焦耳 庫侖 伏特 1焦耳 = 0. 24卡

(1) E = I X V X t (2) E = I 2 X R X t V 2 (3) E = X t R 多 兩電阻串聯時，電阻大者，發熱愈 ___。 兩電阻並聯時，電阻大者，發熱愈 ___。 少

乾電池 1.5V，表示每庫侖電流流經 電池時， 可獲得 ____ 焦耳的電能。 例 1 1.5 由於 1.5 V = 1.5 J/C 表示每庫侖電流流經電池時， 可獲得 1.5 焦耳的電能。

電熱器接100V電源時，電流2A，通電 10分鐘，只有 ______ 焦耳的電能變熱能。 例 2 電熱器接100V電源時，電流2A，通電 10分鐘，只有 ______ 焦耳的電能變熱能。 1.2x105 E = I X V X t E = 2 x 100 x 10 x 60 = 120000 J

圖中安培計讀數1A，則燈泡1分鐘消耗 電能 ? __________ 例 3 300J E = I2 X R X t E = I 2 X 5 X 60 = 300 J

將電阻100Ω的導線接在10V的電源上 則2分鐘內有 ____ 焦耳的電能變熱能。 例 4 120 V2 E = X t R 102 E = X 2 X 60 = 120 J 100

45J (1) 電池每分鐘提供電能 ? ______ (2) 1Ω的電阻每分鐘產生熱能 ? ______ (3) 兩電阻何者產生較多熱能 ? _______ 例 5 15J 2Ω

R1 = 2Ω R2 = 6Ω (1) 串聯時，R1、R2產生熱量比 ? _________ 例 6 1 : 3

(2) 並聯時，R1、R2產生熱量比 ? _________ 3 : 1

電器在電路中，每秒鐘所消耗的電能單位 : 瓦特 ( W ) 電功率 電 能 E(J) 電功率 = PW = 時 間 t(s) V 2 ∴ P = I X V = I 2 X R = R (電池) (串聯) (並聯) 註 : 兩電阻串聯時，電阻大者，電功率較 ___。 兩電阻並聯時，電阻大者，電功率較 ___。 燈泡的耗電功率愈大者愈亮。 大 小

I x V 例 7 I2 x R1 I2 x R2 I x V = I2 x R1 + I2 x R2 (1)電池輸出功率 = ____________ (2) R1 消耗功率 _______ (3) R2 消耗功率 _______ (4)電池提供的總電功率 = 電器耗電功率之和 ___________________________ I x V 例 7 I2 x R1 I2 x R2 I x V = I2 x R1 + I2 x R2

I x V 例 8 (1)電池輸出功率 = ____________ (2) R1 消耗功率 _______ (3) R2 消耗功率 _______ (4) 電池提供的總電功率 = 電器耗電功率之和 ___________________________

例 9 下圖中電池及燈泡皆相同，若圖(一) 電池的耗電功率20W，則 (1) 圖二中，電池消耗功率 ? ______ (2) 圖三中，電池消耗功率 ? ______ (3) A燈泡的消耗功率 ? ______ (4) B燈泡的消耗功率 ? ______ 10W 40W 5W 20W

20W 10W 40W 20W 20W 5W 5W 20W

電器的標示 : 一般電器上會標示 適當的使用 ______ 及 ______ 。 P 由 P = I X V  I = V V2 V2 由 p =  R = R P 電壓 電功率

例 10 下列燈泡何者較亮 ? ( 電池皆相等 ) B>A C>D E>F H>G 2W 5W 60W 100W G 亮度:____ E>F H>G

例 11 燈泡標示 100V - 100W， (1)若接 100V 電源時，電流為____， 電阻為 _____，耗電功率為_____。 1A 100Ω 100W

(2)若接 50V 電源時，電流為 ____， 電阻為 _____，耗電功率為 _____。 0.5A 100Ω 25W

例 : 某電器標示110V、100W表示，該電器 接110V電源時，耗電功率100W；若不 正常使用，接220V電壓，則電源提供功 率變大，電器可能燒毀；若接50V電壓則 電源提供功率變小，電器無法正常使用。

例12 兩電器分別標示， 100V - 100W及100V - 200W (1)並聯後接100V 電源， 則電源輸出功率 ? _______ 300W

(2)串聯後接100V 電源， 則電源輸出功率 ? _______ 66.6W 44.4W 22.2W ? ?

第5單元 電力輸送與消耗

發電、供電、配電與電費的計算 電力輸送過程 : 發電系統 供電系統 配電系統

(1) 在長距離的輸電線路上，為減少電能變熱能 之損失，應使輸電線路上的電流變小， 根據 E = I2Rt  對相同時間的同一線路而言， 電流愈小，損耗電能愈 ____。 小 (2) 電力公司使用變壓器升高電壓，以減少線路上 電流，減少長途輸送時電能的損失，根據 P = IV 對相同功率而言，電壓變大，電流即變小。

註 : 台電的輸電系統採用 (1) ___________ (2) ___________ (3) ___________ 三種高壓電。 345000 V 161000 V 69000 V

例 1: 若發電廠將電壓升高100倍再傳輸出去， 則電流降為原來的 ______ 倍，熱損失 降為未裝變壓器的 _______ 倍。 例 1: 若發電廠將電壓升高100倍再傳輸出去， 則電流降為原來的 ______ 倍，熱損失 降為未裝變壓器的 _______ 倍。

例 2 : 電力公司輸送電力時均採高壓輸送， 若以電壓 V 輸送時，在輸送上損耗 的電率為16 %，若將輸電電壓改為2V， 在同一輸送線上損耗的電功率為 ? ______。 4%

發電廠利用變壓器，將電壓提升後， 輸送到各地的變電所降低電壓，再經由街道旁的變壓器，將電壓降至一般家庭所用的電壓。

(1) 在台灣家庭電器使用的電壓有 ____和 ____ 兩種。 110V 220V (2)電力公司供應家庭用戶的電源線共有三條， A、B 稱為 ___ 線(或 ___ 線)，C 稱為 _____ 線(或 ___ 線)任一條活線對中性線 的電壓均為 ______，但兩條活線間對的 電壓均為 _______。 活 火 中性 地 110V 220V

(3) 雙孔插座 : 連接一條活線和中性線，電壓為 ______，以驗電起子前端接觸 插座的一孔，手按起子末端， 若小燈亮，則該孔連接的是 ___ 線，否則為地線，新型插座的 兩孔寬窄不同，新型電器插座 的兩片導體寬度也如此，這可以 確保火線不會與電器外殼導體部分 接觸防止漏電。(寬孔接中性線) 110V 活

三孔插座 : 電腦是使用 _____的三孔插座， 多加一孔是使電器接地，避免 漏電時造成傷害。冷氣機使用 _____的三孔插座，連接兩條活線， 多加一孔是連接家庭的接地線。 110V 220V

1度 = 1千瓦小時 = 1000 瓦特 X 小時 = 1000 焦耳/秒 X 3600秒 = 3,600,000 焦耳 度 3. 電費的計算 : 以 ___ 為單位。電力公司都會 在配電盤之前裝電錶(瓦時計) 計算每一戶所用的電能。 度 1度 = 1千瓦小時 = 1000 瓦特 X 小時 = 1000 焦耳/秒 X 3600秒 = 3,600,000 焦耳 註 : 度是能量的單位

例 3 : 家用電器三種，分別為 電鍋800W、電爐1000W、電熨斗400W， 若使用2小時，則共耗電 ____ 度。 4.4 800 + 1000 +400 1000 耗電度數 = x 2 耗電度數 = 4.4 度

例 4: 建忠家的冷氣機使用220V的電源， 功率是1200W，此冷氣機的專用電錶 在三天中走了30度，則此段時間使用 冷氣機多少小時 ? _______ 25小時 1200 1000 30度 = x t t = 25 小時