單元參:電 

一、電流的驅動力

()電壓的定義:

1.電壓又稱【電位差】,是驅使電流在導線中流動的原動力,而電路中提供電壓者是:【電源】。

2.電壓的定義:使每一單位的電量所具有的電能稱為電壓,其關係式為:

公式:

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(1)上式符號:U代表電位能,Q:代表電量。

(2)伏特的定義:每一庫侖的電量所具有的電位能。

電壓的單位:1伏特=1 焦耳/庫侖

(3)伏特簡記為:(V)、毫伏特簡記為:(mV)、微伏特簡記為:(μV)。

1伏特=1仟毫伏特=106微伏特。

()電壓與電流:

1.電流是代表正電荷的流動,而促使電流在電路中流動的動力則來自電源提供的電位差(或稱電壓)

2.電壓是電流的成因,造成電流在電路中由高電位流向低電位,形成一個循環的通路。

吾人可以將電流比喻成水流,電流在電路中受到電壓而由高電位流向低電位流動,正如水受到水壓而由高處向低處流動(如圖一所示)。
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()導體與絶緣體:

1.導體】:

(1)石墨與金屬:電子可在原子間自由運動的物質,例如金屬,而此種可以在導體中自由運動的電子稱為『自由電子』。

(2)電解質水溶液:自阿瑞尼士提出解離說之後,解釋了為什麼水溶液可以導電的現象,故電解質水溶液亦可稱為導體。

2.絕緣體】:電子無法在原子間自由運動的物質,例如玻璃、塑膠…等物質,因為絶緣體的電阻極大,不易讓電流通過。

3.電子流:早期科學家認為在電路中是正電荷會流動,而實際上在導體中流動的不是正電荷而是帶負電荷的自由電子,由外電路的低電位流向高電位。(此點將在單元肆:「電流與電子流」中詳述)

 

二、伏特計的使用

()測量電壓的儀器:

1.測量電壓的儀器稱為:電位計或電壓計,也可以用該儀器使用的單位命名,如:伏特計、毫伏特計或微伏特計。

2.伏特計(如圖二所示)應與待測電路
並聯】使用。

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3.使用前先調整歸零鈕使指針歸零

4.伏特計有不同測量範圍時,應由可測範圍較大的端子先接,再逐漸降低測
量範圍
,以免儀器因過大電壓而損壞。

5.正極端子與電路的高電位相接,負極端子與電路的低電位相接。

6.伏特計的內電阻較外電路(或電器)的電阻為大,故可以直接與電源的正
、負極相接,以測量電源的電壓。

7.伏特計在使用時因本身的電阻很大,故於並聯電路中所分配到的分支電流很小,消耗的電能也很少,故通常都忽略不計。

8.伏特計的接線端子有正、負極之分,在使用時需將正極端子接於電源的正極(或高電位),負極端子接於電源的負極(或低電位)。(如圖三所示):

9.常用的電壓單位:
毫伏特(mV),1V1000 mV
微伏特(μV),1 mV1000μV
1V
106μV

 

()電壓的測量:

1.於真實的電路中欲測量電壓時,應先判斷與電壓計並聯的兩點何者為高電位、何者為低電位?因為電壓計有正、負極端子之分,若接錯則可能造成儀器損壞。

2.大多數的電壓計都有多個正極端子,但負極端子只有一個,除了負極端子必須要接於電路之外,正極端子則有所選擇。在未知電路的電壓時,應先由可測量較大範圍的端子先接通,再視測量的電壓大小來決定是否更換為較小範圍的端子。

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3.測量的實例:(如圖四)為一待測電路,試回答下列問題:
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(1)若欲測量圖中AB兩點的電位差,則電壓計的甲應接於電路中的哪一點上較為妥當?

答:甲為電壓計的負極端子,應接B點,因為B點為低電位。

(2)A點接妥之後,B點應與電壓計的哪一端子相接?
答:與標示6V的諯子相接,因為此端子可測量的範圍最大。

(3)承上題;當電壓計接妥之後,指針的讀數(如圖五)所示,則測量的電壓應為多少伏特?


:因為此時正極接於標示6V的端子上,故最大讀數為6V,圖中電壓計的最小刻度為0.1V,指針位在0.5V的刻度上,而測量應在最小刻度後再加一位估計值,因此得到測量的電壓為:0.50V

(4)依上圖五的數據判斷,負極端子應改接於何種標示的端子上,再次進行測量,可以求得更準確的讀數?
:應改接於標示600mV的端子上,因為上題中的讀數為0.50V,亦即等於500mV,故改接於600mV的端子可測得較準確的讀數,且又不至超出電壓計的測量範圍。

(5)承第(4)題,負極端子接於600mV,見電壓計指針讀數(如圖六所示),則此時測得的電壓為若干?


:在圖六中電壓計最小的刻度為10mV,而指針位在550mV的刻度上,故應記應為:電壓=550mV。(估計值在個位數,亦即1mV

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