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班 級: 通訊三甲 學 號: B 學 生: 楊 穎 穆 老 師: 田 慶 誠
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§ 8-1 電動勢與電流 電流的形成 :導線的兩端施加一固定的電位差,則導線內將產生一沿導線方向的電場。在電力的驅使下,導體的自由電子可逆著電場方向移動因而形成電流。 註:在長度為 ℓ 、粗細均勻的導線兩端加以 V 的電位差時,則導線內產生一平行於導線方向的電場 E

電流的定義: 電流大小:單位時間通過導體某一截面的電量。 電流的方向:正電荷流動的方向;或負電荷流動的反方向。 電流的單位:安培 A = 庫侖∕秒(C∕s)。 安培為基本單位,在磁學中定義。

答案:(1) 0.48 A (2) 3 x 10 18 個

例題:氫原子的基態電子的電量 e、半徑 r、速率 v,該電子在軌道上的電流強度?

電池與電動勢 電池 :一種將化學能轉換成電位能的裝置,1799年由伏打所提出。 電動勢:當電池未接通電路時,其正極和負極之間的電位差,簡寫為 emf,以ε表示。 電量為ΔQ 之正電荷由電池中的負極移至正極,獲得的電能為

例題:一電池連接一燈泡,流經電池的電流為 0.05A,若電池的電動勢為 1.5V,則 10分鐘內電池銷耗多少化學能? 答案:45 焦耳 例題:電子由電池的負極經外電路移至正極。在移動過程中,電子的 (A)電位升高 (B)電位降低 (C)電位能增加 (D)電位能減少 (E)電位及電位能均不變。 答:(A)(D)

§ 8-2 電阻與歐姆定律 電阻: 定義:物體兩端之電位差 V 與流經其上電流 i 的比值 單位:歐姆 (Ω) = 伏特∕安培(V ∕A) 電阻的倒數稱為電導(conductance),單位為 西門子(siemens)。

歐姆定律: 導體的溫度若保持一定,則其兩端的電位差 V 與所產生的電流 i 成正比,即電阻 R 為定值。 遵守歐姆定律的導體稱為歐姆式導體或線性導體,如金屬導體。反之,則為非歐姆式導體或非線性導體,如二極體、電晶體。 線性電阻的特性曲線 二極體的特性曲線 電壓 V 電流 i 電壓 V 電流 i 電阻如為歐姆式導體,在電路上的符號為:

電阻定律:溫度一定時,粗細均勻的導線,其電阻 R 與導線的長度 L 成正比,而與其截面積 A 成反比。 常數ρ稱為電阻率(resistivity),單位為Ω‧m,其值僅和 物質的種類以及溫度有關。 電阻率 ρ 的倒數稱為電導係數(conductivity)σ=1∕ρ, 單位為 1∕Ω‧m

常見物質在 20℃時的電阻率

例題:有質料相同之兩導線 A、B,其長度比為 3:4,截面積此為 1:2,若將之串聯且接於電池的兩極上求 A、B 兩導線內 (l)電阻比; (2)電流比; (3)兩端電位差比 ; (4)電場強度比。

電阻率與溫度的關係: 電阻率會隨溫度、材料種類而變;金屬的電阻率在溫度變化不大時,與溫度呈線性關係。即 金屬導體的電阻率隨溫度升高而增大,因此其 α 為正值;但半導體的電阻率則相反,隨溫度升高而減小,其 α 為 負值。

電池的電動勢與端電壓 若電池電動勢為ε,內電阻為 r,流經其上的電流為 i,則電池的端電壓 V(電池正負極間的電位差)

例題:一蓄電池的內電阻為 0.5 歐姆,外接一電阻 10 歐姆放電時其電流為 2.0 安培,在相同電流下充電時,蓄電池的端電壓為幾伏特? 答案:22

電阻的聯結: ... .

例題:有兩大小不同的電阻,分別為 R1 和 R2,串聯時的合電阻為並聯時的合電阻之 r 倍,則 [72.日大]

例題:如右圖所示的電路由七段組成,每一線段之電阻均為 1 歐姆,則 a,b 兩端之間的等效電阻為何? [86.日大] c d a b 答案:3Ω

例題:以等粗之鎳鉻絲銲接成 “田” 字,該字每邊長為10厘米,若該鎳銘絲每厘米電阻為 R,則該字左上角至右下角之電阻為: (A) 2 例題:以等粗之鎳鉻絲銲接成 “田” 字,該字每邊長為10厘米,若該鎳銘絲每厘米電阻為 R,則該字左上角至右下角之電阻為: (A) 2.5R (B) 5.0R (C) 7.5R (D) l0R。 [66.夜大] 解:相對於 a,i 兩點,b,c 兩點等電位,d,e,f 三點等電位,g,h 兩點等電位,因此整個電路可看成是每段 5R的電阻做如下圖的組合 a c f b e h d g i a i

例題:在右圖之正立方體中每邊上之電阻均相同。若電流 i 由 A 點流入,由 G 點流出,則兩點電位相同的有 (A)A點和C點 (B)B點和D點 (C)C點和E點 (D)C點和F點 (E)D點和F點。 [70.日大] A B C D E F G H i 答:(B)(D)

6Ω 3Ω 4Ω 12Ω a b c d 15V 例題:如右圖所示的電路,試求流經 c、d 段的電流。 答案:1.25 A

例題:圖一中(T)及(R)代表線路單元(T)及(R)的 i -V 曲線,將此兩線路單元串聯後加電壓於兩端,則所得之 i -V曲線(圖二)為 (A) O-H-K-A (B) O-H-K-B (C) O-F-G-M-C (D) O-F-G-D (E) O-F-L-E。 [64.日大] T R V 圖(一) i G M L V A B K H C D E F i 圖(二) 答案:(E) i-V 圖的斜率為電阻的倒數

§ 8-3 電功率與電流的熱效應 電功率:電源每秒提供的電能,或電路上電器每秒消耗的電能。 如不計電池內電阻的消耗,則電池提供的電功率: 對電器所所施加的電壓為 V,則電器所消耗的電功率: 電功率的單位:瓦特(W)= 焦耳 ∕秒 (J ∕s)。

電流的熱效應: 電流的熱效應:電離流經電阻時,電荷所減少的電位能轉換成電阻器的熱能。 焦耳定律:遵守歐姆定律的電阻器而言,其消耗電功率可表示為 電器上所標示之適用電壓 V、電功率 P,則此電器的

例題:電力輸送功率相同時,輸電電壓 V 愈高,電流 I 愈小,輸送電線耗電愈少。若輸送電線電阻為 R,則下列有關輸送電線本身所消耗之電功率 P 的計算式何者正確? (A) P = IV (B) P = IR (C) P = V2∕R (D) P = I2 R 。 [94.學測] 答案:D

例題:有一斜度 30o ,速率為每秒 0.4公尺的電動扶梯。今有一體重 50公斤的人踏上扶梯上樓,那麼驅動扶梯的馬達所需的電流比無載人時至少增加多少(設電源電壓為 200伏特)? [67.日大] 答案:0.49A

例題:為了使一個 30伏特,90瓦特的燈泡能在 120伏特直流電源上使用,燈泡應當串聯一電阻器,其電阻 (以歐姆為單位)為 (A)10 (B)20 (C)30 (D)40。 [71.日大] 答案:C

a b c d e V 例題:如右圖中 a、b、c、d、e 為五個完全相同之電阻器。如將電壓 V 逐漸升高,則下列電阻何者應先被燒壞? (A)電阻a (B)電阻b (C)電阻c (D)電阻d (E)電阻e。 [70.日大] 答案:(E) e a b c d V

× V A B C D 例題:右圖中 A、B、C 和 D 是相同的燈泡,在四燈泡內 (A) C 比 D 亮 (B) A 比 C亮 (C) A 和 B 一樣亮 (D) C 和 D 一樣亮 (E) D 最亮。 × B A C D V 答案: (C)(E)

例題:右圖電路中,電阻器的電阻為 8Ω,電池的電動勢為 12V,無內電阻,電動機 M的端電壓為 4V,內電阻為 2Ω,則電動機輸出的機械功率為若干瓦特? R M 答案:2 瓦特

例題:甲為 20歐姆之線性導體,乙電器之 i-V 圖如附圖所示。兩者串聯後接於 220伏特的電源上,則乙電器消耗的電功率為若干瓦特? 答案:600

§ 8-4 克希荷夫定律 i i1 i2 結點定律:在電路上的任一結點,流入 的總電流必等於流出的電流,任一結點必無電荷的累積、產生或消失,為電量守恆的結果。 迴路定律:沿著電路上的任一封閉迴路,經過每一元件的電位差的總和必為零,在迴路中所獲得的電能必等於其所消耗的電能,為能量守恆定律的結果。 應用迴路定則時,必須注意順著電流方向,經電阻時電位會降低;若逆著電流方向,經電阻時電位會升高。由電池負極到正極,電位會升高;由電池正極到負極,電位會降低。

6V 9V 2Ω 1Ω 4Ω a b 例題:如右圖的電路,試求 (1)流經各電阻的電流 (2) a、 b 兩點間的電位差

例題:如圖所示之電路中,若 R3 量值減少,則下列敘述何者為正確? (A) a,b 間的電位差量值減少 (B)電源 ε 輸出功率減少 (C)通過 R1 的電流量減少 (D)通過 R2 的電流量減少 (E)通過 R3 的電流量減少。 [86.日大] R1 R2 R3 ε a b c 答案:(D)

例題:如右圖所示的電路圖,試求 a,b 間的等效電阻 10Ω 5Ω a b i i2+i3 i1-i3 i1 i2 i3

§ 8-5 電流、電壓、與電阻的測量 檢流計 安培計或伏特計的核心元件 檢流計的結構:主要由一個線圈和一對永久磁鐵所構成。 說明:當電流通過線圈時,會使線圈在磁場中受到力矩而產生偏轉,利用附著在線圈上的指針所偏轉的角度,以指示電流的大小。 電路中符號: G

安培計(電流的測量) 功用:測量電路電流大小。 使用方式:與待測量的電路串聯。 電路中符號: 安培計的總電阻通常比待測電路的電阻小得多,所以串聯後不致影響待測電路的電阻。 若將檢流計並聯一低電阻,則可使待測的電流大部分流入低電阻,如此可用於檢測較大的電流,成為安培計。 欲使安培計的電流測量範圍達到檢流計滿標電流 ig 的 n倍,則所需並聯的低電阻為 A G Rs i ig Rg

伏特計(電壓的測量) 功用:測量電路元件電壓大小。 使用方式:與欲測量的元件並聯。 伏特計的總電阻必須比待測電路的電阻大得多,才不致於影響待測電路的電流。 電路符號: 若將檢流計串聯一高電阻,則可使待測的電壓,大部分被高電阻消耗,如此可用於檢測較大的電壓,成為伏特計。 欲使伏特計的電壓測量範圍達到檢流計滿標電壓的 n 倍,則所需串聯的高電阻為 (n-1) Rg 。 V V G Rg (n-1) Rg = V

電阻的測量: 欲測量一導線的電阻時,可同時測量流經此導線之電流與其兩端之電位差,再按歐姆定律算出電壓與電流的比值即可。 高電阻的測量 高電阻測量的線路接法如右圖所示,安培計量出實際的電流;而伏特計量出電阻 R 與安培計內電阻 RA 的電壓和,較實際值大。 A V i R RA

低電阻的測量 高電阻測量的線路接法如右圖所示,伏特計量出實際的電壓;而安培計量出電阻 R 與伏特計內電阻 RA 的電流和,較實際值大。 R i A V RV

例題:一檢流計可動線圈之電阻 5.0Ω,指針滿標度時之電流為 0.010A,求下列各問題: (1)今欲將其改裝為 10A之安培計,則應如何做? (2)若將其改裝為 30V之伏特計使用,則又應如何做? 答案:(1) 約為 5mΩ (2) 約為 3000Ω

例題:如右圖所示,已知伏特計電阻為 9000歐姆,安培計電阻為 0. 015 歐姆,若伏特計讀數為117 伏特,安培計讀數 0 例題:如右圖所示,已知伏特計電阻為 9000歐姆,安培計電阻為 0.015 歐姆,若伏特計讀數為117 伏特,安培計讀數 0.13安培,則電阻之實際值與測量值之差值為何? R i A V RV 答案:100Ω

例題:電流計的可動線圈電阻為 40 歐姆,滿額的電流讀數為 20 毫安培,將它改裝為二量程 1 安培及 5 安培的電流計(指針指在該接頭,其最大測量範圍即為該電流),如圖所示,則兩電阻 R1 及 R2 各約為若干歐姆? 5A A 1A 答案:R1 ≈ 0.16Ω R2=0.64Ω

例題:如右圖,Rg 為一內電阻為 15Ω 的電流計,當流入的電流為 1mA 時,指針偏轉至滿刻度。今欲將此電流計改成一多量程的伏特計,使其能測量的最大電壓分別為 3V,15V,150V,則電阻 R2 之值為 Rg R1 R2 R3 3V 15V 150V + 答案:12 kΩ

惠司同電橋-測電阻 G R1 RX R2 R3 P 滑動檢流計的接點 P,使得檢流計上的電流為零,此時流經已知電阻 R1 與待測電阻 RX 的電流相同。流經 R2 與 R3 的電流也相同。 R1 RX G R2 R3 i1 i2

例題:在如右圖的電路中,調節可變電阻使電表 A 中沒有電流通過,則可變電阻之值為 (A) 0Ω (B) 20Ω (C) 50Ω (D) 80Ω (E) 200Ω 。 [68.日大] 20Ω 40Ω A 10Ω 50Ω 答案:200Ω

a b 4Ω 8Ω 6Ω 16Ω c d 例題:右圖電路中,a,b 間的等效電阻為__________歐姆。 [90.日大] i1 i3 i2 i2+i3 i1-i3 答案:8Ω

§ 8-6 家用電器與用電安全 家庭配電 地線:與地球相接的導線。因地球半徑很大,故電位可視為零,任何導體與地球相接後,其上的電荷均可導入地球。地線一般以綠色標記。電路中符號: 活線:家用電源有兩條活線(俗稱火線)與一條中性線,兩條火線對地電壓皆為為 110V,為交流電壓,電壓時正時負,相位恰好相反,因此可提供 220V的電壓。火線一般以黑色或紅色標記。 中性線:供電系統的接地線,對地沒有電壓的一端,作為電流的迴路,一般以白色標記。

用電安全: 觸電:當人接觸到火線,人體與地球間又有通路時,會有電流經由人體流入地面,而產生觸電感覺。如碰到中性線,因無電位差,縱使有通路,也不會觸電。

超載:每條導線都有其容許的安全電流,超過此電流值稱為超載。超載會造成過熱而產生危險。為了避免超載,盡量不要在同一電路上同時使用數個高功率的電氣,或是在電路上裝設保險絲,當超載發生時,自動切斷電路。 短路:電源插座的火線與中性線若不經負載而直接接通,會產生很大的電流,稱為短路。短路所生的高熱易引起火災。為了避免短路,應注意避免有裸露的導線,定期檢查高功率電器是否因過熱老化而損壞。裝設保險絲或無熔絲開關,可在短路一發生時迅速切斷電路,避免因短路而造成的災害。

例題:變壓器次級線圈的輸出電路,有些如左下圖所示,與地完全絕緣,常用於醫院電器的供電系統;有些則如右下圖所示,以接地線與地相連,多用於一般家庭用電。小明赤腳站在地面,手指不小心,觸到次級線圈輸出電路上一條裸露的電線 。 下列有關小明是否會觸電的敘述,何者正確? (A) 碰觸到電線甲或乙時,均不會觸電 (B) 碰觸到電線丙或丁時,均會觸電 (C) 只有碰觸到電線甲時,才會觸電 (D) 碰觸到電線丙時,不會觸電。 乙 甲 次級線圈 丁 丙 答案:(A)

THE END