單元肆:電流與電子流

 

一、導線中電荷的流動

(一)電 流:

1.電流的定義:代表正電荷在導線中的流動,由高電位流向低電位,亦即由電池的正極經外電路再流回電池的負極。(如圖一所示):

2.電流的概念是一種以水的流動,為一種比擬的假說,後經科學家的證實;電流在導體中並不存在,但因為此一概念在科學界引用已久且成為習慣,故至今仍然沿用。

(二)電子流:

1.電子流:在導體中負電荷的流動,事實上在導線中流動的是【電子流】即負電荷,而【電流】是電子流的反方向。(如圖二)

2.【電子流】由電池的負極流向正極。【電流】由電池的正極流向負極,對電子而言;電子在電池的負極具有高電位能,在電路中將電位能釋放後回到電池的正極,故電子在電池的正極其電位能較低

 

二、電流的測量

(一)測量電流的儀器:

1.電流計與電路【串聯】。(如圖三)

2.電流計的使用 :又可稱為安培計,
為測量電流的儀器。(如圖四)

3.使用前先調整歸零鈕使指針歸零

4.電流計有不同測量範圍時,應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流而損壞。(如圖三)

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.安培計內電阻很小不可直接跨接於電源的正負極上,以免因電流太大而燒毀,亦稱為(short):短路

(二)電流的定義:

1.電流的定義

1)電流:在單位時間內通過導線某一截面積的電量。

2)單位:安培,即 庫侖/
     
安培簡記為:(A) 1A1000mA

2.若以符號表示:I表示電流、Q表示為電量、t表示為時間,則三者的關係式為:

3.電流的大小與導線的電阻及電路中的電位差有關,電流與電阻成反比,與電位差成正比,三者的關係式為:

V為電壓、R為電阻)此點將在單元伍:「歐姆定律」中詳述。

 

三、電器的串聯與並聯

(一)電器的串聯:

1.當電器以串聯方式接於電路中時(如圖五),則在電路中任意一點所測得的電流大小皆相等。

2.電流由電源的高電位流經外電路;流向低電位,有如水流由位置較高處流向低處一般。

3.以能量的觀點:電流由電源的高電位能處經外電路流向低電位能,電能則在電器中消耗並轉變成其他形式的能量。

4.電流通過電器時,消耗的只是「電位能」,電量不會減少

(二)電器的並聯:

1.電器以並聯方式連接於電路中時,則線路中各並聯電器的電壓是相等的,而電路中各分支電流的和等於總電流。(如圖六)

2.電流與時間的乘積即等於電量,亦即:公式: QI×t

3.例如:圖七之電路裝置中;電流計的讀數為0.5安培,則:

1)通電1分鐘時,通過電燈泡的總電量應為多少?
:根據QI×t通電時間為60秒,則Q0.5×60,故通過的總電量Q30 庫侖。

2)承上題;若電池的電壓為1.5V,則通電1分鐘後消耗的電能若干?
答:根據電能UQ×V,故通電60秒後消耗的電能U30×1.5

U45焦耳。

(三)電路的安全:

1.並聯電器可以降低電路中的總電阻,所以並聯的電器愈多,則總電流會愈大,而電路所能承受的電流有一最大值,若電流過大時有可能會使電路因發熱而燒毀(俗稱:電線走火)。

2.安全負載電流:在不影響電路安全的前提下,電路所能負荷的最大電流,稱為全安負載,家庭中所配置的電路有一定的安全負載,不可任意增加使用電器的數量,以避免電流過大而發生危險。

3.一般家庭用電器皆為並聯方式接於電路中,但並聯愈多電器則總電流會愈大,故為安全起見,應避免同時
使用過多的電器,或於電路中串聯
一個保險絲(如圖八所示)。

4.保險絲:

1)保險絲的電路符號為:

2)保險絲為合金製成,電阻較導線
稍大,且具有低熔點的特性,遇
電路中的電流過大時,因高溫而
先行熔斷使電路呈斷路,故可保
障電路的安全。

 

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