1 2 3 4 5 6 7 6.2 變壓器和高壓輸電 危險！高壓電力！ 互感現象 變壓器的原理 進度評估 4 電壓比 變壓器的電流 6.2 變壓器和高壓輸電 危險！高壓電力！ 互感現象 變壓器的原理 進度評估 4 電壓比 變壓器的電流 提高變壓器的效率 進度評估 5 高壓輸電 輸電纜的功率損耗 進度評估 6 1 2 3 4 5 6 7 第 4 冊 單元 6.2 變壓器和高壓輸電

危險！高壓電力！ 你見過類似的警告牌嗎？ 你在哪裏見過這類警告牌？ 那些地方為甚麼會有高壓電力？ 第 4 冊 單元 6.2 變壓器和高壓輸電

1 互感現象 楞次定律指出，磁鐵進出線圈時，線圈就會產生感生電壓。 如果線圈附近有持續變化的電流，即使沒有任何東西移動，也有相同的效果。 1 互感現象 楞次定律指出，磁鐵進出線圈時，線圈就會產生感生電壓。 如果線圈附近有持續變化的電流，即使沒有任何東西移動，也有相同的效果。 變壓器就是利用這個原理運作的。 實驗 6c 簡單的變壓器 第 4 冊 單元 6.2 變壓器和高壓輸電

1 互感現象 在實驗 6c 中， 原線圈（即 10 匝的線圈）的開關閉合，與副線圈（即 25 匝的線圈）相連的檢流計指針會突然向一邊偏轉一下。 開關斷開時，檢流計指針又會突然向另一邊偏轉一下。 如果開關維持閉合或斷開，指針就不會偏轉。 第 4 冊 單元 6.2 變壓器和高壓輸電

1 互感現象 改變一個線圈中的電流  另一個線圈產生電流  互感現象 第 4 冊 單元 6.2 變壓器和高壓輸電

1 互感現象 開關剛閉合時，磁力線沿 C 形鐵心迅速建立起來，並「切割」副線圈。 1 互感現象 開關剛閉合時，磁力線沿 C 形鐵心迅速建立起來，並「切割」副線圈。 根據楞次定律，感生電流所產生的磁力線，會與原線圈磁力線增加這變化相抗衡。  檢流計的指針向一邊偏轉一下 第 4 冊 單元 6.2 變壓器和高壓輸電

1 互感現象 原線圈的電流穩定下來。  磁場不再起變化  沒有感生電壓 檢流計的指針回到零位。 1 互感現象 原線圈的電流穩定下來。  磁場不再起變化  沒有感生電壓 檢流計的指針回到零位。 第 4 冊 單元 6.2 變壓器和高壓輸電

1 互感現象 開關剛斷開時，C 形鐵心中的磁力線迅速消失。  感生電流與磁力線消失這變化抗衡  檢流計的指針便向另一邊偏轉一下 1 互感現象 開關剛斷開時，C 形鐵心中的磁力線迅速消失。  感生電流與磁力線消失這變化抗衡  檢流計的指針便向另一邊偏轉一下 模擬程式 6.1 互感現象 第 4 冊 單元 6.2 變壓器和高壓輸電

2 變壓器的原理 實驗 6c 中，原線圈接通交流電源後，副線圈電路中的燈泡就會持續發亮。  比原線圈的燈泡更光亮 2 變壓器的原理 實驗 6c 中，原線圈接通交流電源後，副線圈電路中的燈泡就會持續發亮。  比原線圈的燈泡更光亮  副線圈兩端的電壓比原線圈的高 第 4 冊 單元 6.2 變壓器和高壓輸電

2 變壓器的原理 如果有交流電通過原線圈，鐵心內的磁力線就會不斷 改變。 2 變壓器的原理 如果有交流電通過原線圈，鐵心內的磁力線就會不斷 改變。  於是在副線圈中感生交變電壓。副線圈中的感生 交流電與原線圈中的交流電頻率相同 第 4 冊 單元 6.2 變壓器和高壓輸電

2 變壓器的原理 原線圈 + 副線圈 + 鐵心  變壓器 原線圈中有交流電通過時，電能就不斷地從原線圈輸送到副線圈的電路去。 2 變壓器的原理 原線圈 + 副線圈 + 鐵心  變壓器 原線圈中有交流電通過時，電能就不斷地從原線圈輸送到副線圈的電路去。 理想變壓器︰傳送 100% 能量（或功率） 實用變壓器︰傳送期間有能量損失（或功率損失） 效率 = 有用輸出功率 總輸入功率  100% 第 4 冊 單元 6.2 變壓器和高壓輸電

交流電通過原線圈。設由 X 流向 Y 的電流為正向。 進度評估 4 – Q1 交流電通過原線圈。設由 X 流向 Y 的電流為正向。 第 4 冊 單元 6.2 變壓器和高壓輸電

進度評估 4 – Q1 (a) 原線圈電流 時段 0–t1 t2–t3 原線圈磁場方向 （順時針／逆時針） 逆時針 原線圈磁場 （增強／減弱） 增強 副線圈磁場方向 （順時針／逆時針） 順時針 副線圈電流方向 （P 至 Q／Q 至 P ） P 至 Q 順時針 增強 逆時針 Q 至 P 第 4 冊 單元 6.2 變壓器和高壓輸電

(b) 在副線圈內的感生電流是直流電還是交流電？ 進度評估 4 – Q1 (b) 在副線圈內的感生電流是直流電還是交流電？ 交流電 第 4 冊 單元 6.2 變壓器和高壓輸電

進度評估 4 – Q2 開關 S 閉合時，燈泡只閃亮一次。 下列哪項能使燈泡持續發亮？ A 接上更多電池 B 把電池更換成交流電源 C 增加螺線管 P 或 Q 的匝數 D 把兩個螺線管繞在同一個軟鐵心上 第 4 冊 單元 6.2 變壓器和高壓輸電

3 電壓比 如果所有磁力線也穿過兩個線圈，那麼原線圈和副線圈的電壓比只與線圈的匝數有關。 對任何效率的變壓器而言，這個關係都成立。 3 電壓比 如果所有磁力線也穿過兩個線圈，那麼原線圈和副線圈的電壓比只與線圈的匝數有關。 對任何效率的變壓器而言，這個關係都成立。 第 4 冊 單元 6.2 變壓器和高壓輸電

3 電壓比 = 原線圈電壓 副線圈電壓 原線圈匝數 副線圈匝數 Vp Vs Np Ns 匝數比︰原線圈的匝數與副線圈的匝數比例 3 電壓比 = 原線圈電壓 副線圈電壓 原線圈匝數 副線圈匝數 Vp Vs Np Ns 匝數比︰原線圈的匝數與副線圈的匝數比例 恰當地選擇變壓器線圈的匝數比，就能控制副線圈中交流電的電壓大於（升壓）或小於（降壓）原線圈的電壓。  變壓器可以用來改變交流電的電壓 第 4 冊 單元 6.2 變壓器和高壓輸電

3 電壓比 升壓器 (Vs >Vp) 的副線圈匝數大於原線圈 (Ns > Np)。 3 電壓比 升壓器 (Vs >Vp) 的副線圈匝數大於原線圈 (Ns > Np)。 發電站以升壓器提高的電壓至 400 kV，然後才經電纜輸送至用戶。 第 4 冊 單元 6.2 變壓器和高壓輸電

3 電壓比 降壓器 (Vs <Vp) 的副線圈匝數小於原線圈 (Ns < Np)。 3 電壓比 降壓器 (Vs <Vp) 的副線圈匝數小於原線圈 (Ns < Np)。 降壓器用於降低電壓，例如把市電電壓降低至 16 V 供手提電腦使用。 模擬程式 6.2 簡單的變壓器 實驗 6d 量度變壓器的電壓比 第 4 冊 單元 6.2 變壓器和高壓輸電

3 電壓比 例題 4 匝數比與電壓比 第 4 冊 單元 6.2 變壓器和高壓輸電

4 變壓器的電流 假設變壓器沒有功率損耗，那麼供應給原線圈的功率 就會全部輸送到副線圈去。  總輸入功率 = 有用輸出功率  4 變壓器的電流 假設變壓器沒有功率損耗，那麼供應給原線圈的功率 就會全部輸送到副線圈去。  總輸入功率 = 有用輸出功率  VpIp = VsIs = Vp Vs Is Ip  = Ip Is Ns Np （設沒有功率損耗） = Vp Vs Np Ns 從 ， 第 4 冊 單元 6.2 變壓器和高壓輸電

4 變壓器的電流 下圖為一個降壓器︰ 匝數比 = 20 : 1 電壓從 220 V 下降至 11 V。 沒有功率損耗，Is = 10 A 4 變壓器的電流 下圖為一個降壓器︰ 匝數比 = 20 : 1 電壓從 220 V 下降至 11 V。 沒有功率損耗，Is = 10 A 有功率損耗，Is < 10 A 例題 5 變壓器線圈中的電流 第 4 冊 單元 6.2 變壓器和高壓輸電

4 變壓器的電流 例題 6 沒有變壓器會怎樣？ 第 4 冊 單元 6.2 變壓器和高壓輸電

5 提高變壓器的效率 所有實用變壓器都有能量散失，部分供給原線圈的 能量會轉換成熱。 能量散失的主要原因： 1. 線圈的電阻 ∵ 線圈有電阻 5 提高變壓器的效率 所有實用變壓器都有能量散失，部分供給原線圈的 能量會轉換成熱。 能量散失的主要原因： 1. 線圈的電阻 ∵ 線圈有電阻 ∴ 電流通過時會發熱 解決方法︰ 用導線較粗的線圈 第 4 冊 單元 6.2 變壓器和高壓輸電

5 提高變壓器的效率 2. 鐵心的磁化和去磁 ∵ 改變鐵心裏的磁場大小和方向，需要能量 ∴ 過程中會放出熱 5 提高變壓器的效率 2. 鐵心的磁化和去磁 ∵ 改變鐵心裏的磁場大小和方向，需要能量 ∴ 過程中會放出熱 解決方法︰ 使用軟鐵心的 （∵ 容易磁化及去磁） 第 4 冊 單元 6.2 變壓器和高壓輸電

5 提高變壓器的效率 鐵心中的感生電流 ∵ 鐵心處於變化的磁場中 ∴ 感生渦電流  熱效應 5 提高變壓器的效率 鐵心中的感生電流 ∵ 鐵心處於變化的磁場中 ∴ 感生渦電流  熱效應 解決方法︰ 使用以薄片疊成的鐵心 （薄片之間互相絕緣  電阻值大大增加） 第 4 冊 單元 6.2 變壓器和高壓輸電

5 提高變壓器的效率 變壓器效率很高，設計優良的變壓器效率可達 90% 以上。 學校實驗室用的低壓電源內有特製的變壓器。 5 提高變壓器的效率 變壓器效率很高，設計優良的變壓器效率可達 90% 以上。 學校實驗室用的低壓電源內有特製的變壓器。 副線圈有一排外接抽頭，可輸出不同的電壓。 第 4 冊 單元 6.2 變壓器和高壓輸電

下圖顯示一部手提電話的變壓器︰ 變壓器的匝數比和效率 = ? 匝數比 原線圈的匝數 副線圈的匝數 = 原線圈電壓 230 副線圈電壓 4.8 進度評估 5 – Q1 下圖顯示一部手提電話的變壓器︰ 變壓器的匝數比和效率 = ? 匝數比 = 原線圈的匝數 副線圈的匝數 = 原線圈電壓 副線圈電壓 = 230 4.8 = 47.9 第 4 冊 單元 6.2 變壓器和高壓輸電

有用輸出功率 總輸入功率  100% 效率 = 4.8  0.35 230  0.05  100% = = 14.6% 進度評估 5 – Q1 效率 = 有用輸出功率 總輸入功率  100% = 4.8  0.35 230  0.05  100% = 14.6% 第 4 冊 單元 6.2 變壓器和高壓輸電

一個理想的變壓器用來操作額定值為 「8 V，12 W」的燈泡︰ 進度評估 5 – Q2 一個理想的變壓器用來操作額定值為 「8 V，12 W」的燈泡︰ 副線圈內的電流是多少？ Is = P V = 12 8 = 1.5 A 第 4 冊 單元 6.2 變壓器和高壓輸電

一個理想的變壓器用來操作額定值為 「8 V，12 W」的燈泡︰ 進度評估 5 – Q3 一個理想的變壓器用來操作額定值為 「8 V，12 W」的燈泡︰ 原線圈內的電流是多少？ = Ip Is Ns Np  Ip =  Is Ns Np =  1.5 100 2500 = 0.06 A 第 4 冊 單元 6.2 變壓器和高壓輸電

在發電站產生的電力，要經過很遠的距離才能輸送到用戶。 輸電纜由銅製成（良好導電體）。 6 高壓輸電 在發電站產生的電力，要經過很遠的距離才能輸送到用戶。 輸電纜由銅製成（良好導電體）。 但輸電纜的長度以公里計，總電阻值仍然十分大。怎樣才能盡量降低輸電纜的功率損耗 (I 2R )？ 實驗 6e 輸電線模型 第 4 冊 單元 6.2 變壓器和高壓輸電

7 輸電纜的功率損耗 在實驗 6e︰ 無論提供 12 V 交流電還是 12 V 直流電，「發電站」一端的燈泡都很明亮。但在「用戶」一端，由於 「輸電纜」中的功率損耗大，燈泡便顯得昏暗。 不過，利用變壓器，「用戶」一端的燈泡就幾乎與「發電站」一端的同樣明亮。 提高電壓 V  降低電流 I ∴ 減少了電纜中的功率損耗 (I 2R )。 第 4 冊 單元 6.2 變壓器和高壓輸電

7 輸電纜的功率損耗 利用高電壓輸電，可以降低輸電過程中的功率損耗。 市電電源利用交流電輸電。 ∵ 交流電容易透過變壓器升壓和降壓 7 輸電纜的功率損耗 利用高電壓輸電，可以降低輸電過程中的功率損耗。 市電電源利用交流電輸電。 ∵ 交流電容易透過變壓器升壓和降壓 例題 7 輸電纜的功率損耗 第 4 冊 單元 6.2 變壓器和高壓輸電

7 輸電纜的功率損耗 例題 8 港鐵的電力供應 第 4 冊 單元 6.2 變壓器和高壓輸電

進度評估 6 – Q1 在輸電系統中，地區 變壓站有甚麼功用？ A 發電 B 降壓 C 降低電流 第 4 冊 單元 6.2 變壓器和高壓輸電

以（高 / 低）電壓輸電，可以減低輸電時 的功率耗損。 進度評估 6 – Q2 以（高 / 低）電壓輸電，可以減低輸電時 的功率耗損。 第 4 冊 單元 6.2 變壓器和高壓輸電

在某段輸電網絡中，以 275 kV 的電壓輸送 3420 MW 的電功率。如果電纜的電阻是 5 ，那麼電纜的功率損耗是多少？ 進度評估 6 – Q3 在某段輸電網絡中，以 275 kV 的電壓輸送 3420 MW 的電功率。如果電纜的電阻是 5 ，那麼電纜的功率損耗是多少？ 經過電纜的電流 = P V = 3420  106 275  103 = 12 436 A 電纜的功率損耗 = I 2R = 12 4362  5 = 773 MW 第 4 冊 單元 6.2 變壓器和高壓輸電

完 第 4 冊 單元 6.2 變壓器和高壓輸電