第一節 電流

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第一節 電流

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一、電荷

€ 物質的一種特性。帶有電荷的物體彼此之間具 有靜電的作用力。

€ 電荷分為 和 兩類,異性之電荷 ,同性 之電荷 。電荷的單位為庫侖 (C)。電子的電 荷為 庫侖;質子的電荷為 庫侖。

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二、導電體、導體

€ 導體:在這些物質內部有些 的電荷,因 此可形成 。一般來說,金屬 (例如銅、鐵、

金等) 中帶有大量 ,是很好的導體。

€ 此外, 在溶液中可以自由流動,亦能導電。

此稱為 。

€ 絕緣體:電子不能在原子間自由移動的物質,

稱為絕緣體。

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三、靜電發生的原因 :

靜電發生的原因大致上可分下列五個項目:接 觸、剝離、摩擦、衝撞、破壞。

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四、靜電現象:

€ 靜電現象可分為力學現象、放電現象、誘導現 象等三大種類。

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五、目前代表性的防止靜電產生之方法:

€ 人體方面預防對策:將人體的靜電維持在0電 位,便可防止人體產生靜電放電,如導電服、

導電環等。環境方面的預防對策:如使用導電 性地板、靜電毯等方法。

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六、電量

€ 定義: 的多寡稱為電量。

€ 電量的單位有兩種:(1)基本電荷 和 (2)庫倫。

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六、電量

€ (1)基本電荷:帶電體所帶的電量的最小單位,

也就是一個電子所帶的電量,稱為1基本電荷,

以 來表示之。任何帶電體所攜帶電量都是電 子電量e的 倍。

€ (2)庫倫(Coulomb 簡記為C):此單位比基本電 荷大很多。

1庫倫約等於 個電子的總電量;

1莫耳電子所帶電量約等於 庫倫。

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七、靜電感應----帶電體之間的交互作用

€ 電荷種類可分成 電荷與 電荷。

€ 物體可以經由摩擦起電而呈帶電狀態。

€ 同性電互相 ,異性電互相 。

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€ 科學家 (Charles Augustin de Coulomb

1736-1806)發現:兩帶電體之間的作用力大小 與:(1)各自攜帶電荷的 ,(2)彼此間的

有關。所攜帶電荷越多,作用力越 ;距離越 遠,作用力越 (如圖1)。 庫侖定律:靜電力 大小與電量相乘乘積成 比,與相隔距離平方 成 比。

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€ 兩帶電體之間的作用力同時存在。

€ 兩帶電體之間的作用力大小 ,方向 ,作用 在同一直線上,但是作用在 (相同或不同) 物體上,所以不能互相抵消。

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靜電感應

€

定義:

ƒ 靜電:不能在原子間自由移動,只能停留在局部 範圍的電荷(正電荷或負電荷),稱為靜電。

ƒ 靜電感應:當一個帶電體接近(不接觸)金屬塊時,

由於同種電相斥,異種電相吸的性質,使金屬塊 靠近帶電體的一端感應產生異性電荷,同性電荷 則被推到遠端的現象,稱為靜電感應。

ƒ 由靜電感應所得的感應電荷,必為同時產生,且 正負電量相等。

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€ 當帶電體離開時,金屬塊上分離的電荷將恢復成不 帶電狀態,如圖(2)。

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€ 電中性:物體內含有相同數目的 和 ,因 此含有等量的正電和負電,此物體將呈現電中 性,或稱為不帶電。

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八、感應起電

€ 定義:利用 的作用,讓金屬導體上的 分離,再移走或導入 ,使金屬導體帶電的 方法,稱為感應起電。

€ 感應起電,導體所帶的電性與帶電體相 。

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€ 步驟:金屬感應起電示意圖,如圖(3)

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€ 補充說明

€ 靜電感應的現象的確也會發生在非導體(絕緣 體),不過導體與絕緣體的靜電感應現象不太 一樣。(如下圖)

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€ 導體通常具有自由電子,也就是比較「鬆動」

的電子,可以在物體的表面移動,不被束縛在 原子內。因此當感應起電時,電子會被吸引

(或排斥)到整個物體的一端。

€ 絕緣體剛好相反。絕緣體的電子被緊緊束縛在 原子內部,不能離開原子四處「趴趴走」。但 是,電荷卻還是具有某個程度的活動能力,可 以在不離開原子的前提下,稍微被帶電物質吸 引或排斥,使得物體被「極化」,略帶有電性。

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€ 因此摩擦後的塑膠尺靠近小紙片時,使小紙片 內的分子「極化」,再加上紙片很輕,因此同 性相吸,塑膠片便能將小紙片吸起。

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九、雷電與避雷針

€ 雷電原因

€ 當大氣極端不穩定的時候,濕熱的空氣會引起 強烈的 氣流,形成積雨雲。積雨雲內的冰 雹、雪晶和水滴彼此會發生碰撞,並因為種種 複雜的物理與化學過程而造成粒子帶電的現象。

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€ 較小的粒子通常會帶 電,並且會被強烈的上 升氣流帶到雲的 方;較大的粒子則是帶負電,

並且能抗拒上升氣流的托力而沉聚在雲的底部。

於是造成了雲的上方為 電區,下方為 電區 的現象,而地面也被雲底感應成正電,形成了 雲內、雲底與地面間、雲和雲之間、雲和空氣 間的幾種不同的電場。

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€ 當雲內或雲與地面之間的電場強度超過了 的負荷,就會造成 現象,這就是

雷鳴則是閃電發生時所造成的劇烈聲響

€ 雷電的危害和預防

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尖端放電與避雷針

€ 在強電場作用下,如尖銳、細小的頂端,彎曲 很厲害處附近,電場強度劇增,致使這裡空氣 被電離而產生氣體放電現象,稱為電暈放電。

而尖端放電為 電暈放電的一種,專指尖端附近 空氣電離而產生氣體放電的現象。

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€ 當雷雨雲過境時,雲的中下部是強大 電荷中 心,雲下的下面是 電荷中心,於是在雲與地 面間形成強電場。在地面凸出物如建筑物尖頂、

樹木、山頂草、林木、岩石等尖端附近,這裡 電場強度極大,空氣發生電離,因而形成從地 表向大氣的尖端放電。

€ 避雷針是一根聳立在建築物頂上的 (接閃 器)與 和 等三部分組成的防雷裝 置。

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€ 它的作用是使可能會襲擊建築物的閃電吸引到 它上面,再進入地 裡,借以保護建築物。避雷 針的尖端放電,中和了雷雨云中積累的電荷,

起到了消除電的作用。但近年來通過尖端放電 電量計算,它遠不能中和所有電荷。

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人的閃電防護

€ 雷鳴電閃時在室外的人,為防雷擊,應當遵從 四條原則。

€ 人體應盡量降低自己,以免作為凸出尖端而被 閃電直接擊中。

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€ 人體與地面的接觸面要盡量縮小以防止因“跨步 電壓”造成傷害。所謂跨步電壓是雷擊點附近,

兩點間很大的電位差,若人的兩腳分得很開,

分別接觸相距遠的兩點,則兩腳間便形成較大 的電位差,有強電流通過人體使人受傷害。

€ 不可到孤立大樹下和無避雷裝置的高大建筑體 附近,不可手持金屬體高舉頭頂。

€ 不要進水中,因水體導電好,易遭雷擊。

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€ 總之,應當到較低處,雙腳合攏地站立或蹲下,

以減少遭遇雷的機會。

€ 雷電期間在室內者,不要靠近窗戶、盡可能遠 離電燈、電話、室外天線的引線等﹔在沒有避 雷裝置的建築物內,應避免接觸煙囪、自來水 管、暖氣管道、鋼柱等。

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