Chap. 1 Circuit Variables

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1 Chap. 1 Circuit Variables
2017/3/21 Chap. 1 Circuit Variables Contents 1.1 Electrical Engineering: An Overview 1.2 The International System of Units 1.3 Circuit Analysis: An Overview 1.4 Voltage and Current 1.5 The Ideal Basic Circuit Element 1.6 Power and Energy Objectives 了解並會使用國際單位與十的乘冪的標準字首。 知道並會使用電壓與電流的定義。 知道並會使用功率與能量的定義。 學會使用無源符號慣用法(Passive Sign Convention)來計算在已知其電壓及電流下，一個理想基本電路元件的功率。

2 1.1 Electrical Engineering: An Overview
2017/3/21 1.1 Electrical Engineering: An Overview 電機工程主要考慮產生、傳輸和測量電子信號的系統。 例如： ◆ 通信系統 ◆ 計算機系統 ◆ 控制系統 ◆ 電力系統 ◆ 信號處理系統 A telephone system. A CT(電腦斷層) scan of an adult head.

3 1.1 Contd. 計算機系統(computer systems) 使用電氣信號來處理資訊，涵蓋範圍從文書處理到數學計算。
2017/3/21 1.1 Contd. 計算機系統(computer systems) 使用電氣信號來處理資訊，涵蓋範圍從文書處理到數學計算。 信號處理系統(signal-processing systems) 是針對代表資訊的電氣信號加以處理，將信號以及包含在信號內部的資訊轉換成更合適的形式。 An airplane. 電力系統(power systems) 產生並分配電力。 控制系統(control systems) 使用電氣信號來控制程序，例子包括：控制煉油廠的溫度、壓力與流量；汽車噴射引擎的燃料與空氣混合比控制；機械裝置如電梯的馬達、門、燈光的控制，以及巴拿馬運河的水閘鎖定等。

4 Circuit Theory 三個基本假設： Problem-Solving Procedures (解題程序):
2017/3/21 Circuit Theory 電路(electric circuit) 是一種接近實際電氣系統行為的數學模型。 電路理論是電磁理論的一種特例：特別是關於靜電荷及移動電荷的研究。 三個基本假設： 群聚參數系統 (lumped-parameter system): 指系統實體尺寸小於信號波長的1/10。 1. 電氣效應瞬間發生在整個系統中。 2. 在系統中每個元件的淨電量為零。 3. 在系統中元件之間沒有磁耦合的作用。 Problem-Solving Procedures (解題程序): 1. 分清楚哪些是已知的，哪些是待求的。 2. 將問題敘述轉變成視覺化模型，畫出電路圖或其他視覺化模型。 3. 思考好幾種解題方法，並且選出其中一種。 4. 計算答案。 5. 利用你的創造力。如果你懷疑答案偏離正軌或是計算看起來無法讓你接近答案，則你應該先暫停並且考慮有沒有別的方法。 6. 檢驗答案。

5 1.2 The International System of Units
2017/3/21 1.2 The International System of Units ◆ 長度 ◆ 質量 ◆ 時間 ◆ 電流 ◆ 溫度 ◆ 照度 ◆衍生單位 ◆ 頻率 ◆ 力 ◆ 能量(功) ◆ 功率 ◆ 電荷 ◆ 電位能 ◆ 電阻 ◆ 電導 ◆ 電容 ◆ 磁通 ◆ 電感

6 Prefixes

7 1.3 Circuit Analysis: An Overview
2017/3/21 1.3 Circuit Analysis: An Overview 電機工程設計流程示意圖 電氣系統常用的數學模型就是電路模型 (circuit model)。 組成電路模型的元件稱為 理想電路元件 (ideal circuit components)。 電路分析(circuit analysis) 是以數學技巧作為基礎，用來預測電路模型以及其理想電路元件的性能。

8 1.4 Voltage and Current Voltage (電壓):單位電荷分離所產生的能量 Current (電流):電荷的流動率
2017/3/21 1.4 Voltage and Current 電荷(Charge)基本特性： ◆ 雙極性：正電荷及負電荷。 ◆ 可單量計數：所有電量都是一個電子帶電量(1.6022×10-19 庫侖)的整數倍。 ◆ 電的效應主要是由電荷分離與電荷移動所造成。 Voltage (電壓):單位電荷分離所產生的能量 Current (電流):電荷的流動率

9 Interpretation of Reference Directions & Reference Polarities
An ideal basic circuit element. Interpretation of Reference Directions & Reference Polarities

10 1.5 The Ideal Basic Circuit Element
An ideal basic circuit element. 正電荷朝某方向流動的代數記號，正好跟負電荷朝相反方向流動的記號相同，是為電流流動方向。 理想的基本電路元件(ideal basic circuit element) 具有下列三種特點： 它只有兩個端點，用來與其他電路元件連接； 它可以用電流和電壓的數學形式來描述； 它不能再分割成其他元件。 無源符號慣用法 (passive sign convention) 當通過元件的電流與元件兩端電壓下降的參考方向一致時（如上圖所示），在其電壓和電流相關的表示時使用正號；否則使用負號。  應用於1.6 功率計算

11 Power (功率):消耗或吸收能量的速率
1.6 Power and Energy Power (功率):消耗或吸收能量的速率 Power Equation (功率公式) Polarity references and the expression for power. 若p > 0:表示供給功率給電路或電路元件。 若p < 0:表示由電路或電路元件取出功率。

12 2017/3/21 Assessing Objectives 1.7 Calculate the power (in megawatts) at the Oregon end of the line and state the direction of power flow. ANSWER: 1440 MW, Celilo to Sylmar.

13 2017/3/21 Problem 1.15 = － 40A

14 2017/3/21 Problem 1.17 端電壓及端電流在t < 0 時為0；在t ≥ 0 時

15 Problem 1.28 Conservation-of-Energy Principle
2017/3/21 Problem Conservation-of-Energy Principle