課程名稱:電與生活 課程名稱:電與生活
編授教師:
中興國中 楊秉鈞
直流電與交流電
直流電與交流電
直流電與交流電:
( 1 )比較:其名稱是以 區分
電流類別 直流電 交流電
電源的電極 正、負極固定 正、負極不固定
電流方向 固定不變,正極流出 週期性變化
電流大小 固定不變 週期性變化
英文簡記 發明時間 電路符號
常見電源 電池 家用電源
DC AC
電流方向是否固定
早 晚
DC = direct current
AC = alternating current
直流電與交流電
直流電與交流電:
( 2 )電流對時間圖:
直流電: 交流電:
交流電流大小、方向,週期性改變。
直流電的電流方向一定
I I
t t
I e
I=0 I= 最大
I= 最 大
I 方向改 變
[ from :觀念物理 ]
直流電與交流電
直流電與交流電:
( 3 )臺灣地區的家庭電源 : 交流電頻率: 60 Hz
發電機以每秒 次的頻率,來回變換電流的方向和大 小
電流對時間圖:
連續發電時,每次電流方向改變 次
I
t
60s 1
秒次 秒 週期
頻率 次
60 60 1
60Hz
1 次(圈)
2 60
電的輸送方式
電的輸送方式
電的輸送方式:
( 1 )電力輸送過程:發電 輸電 配電 用電 ( 2 )輸電方式:
電廠將電傳送至用戶端時,會先 電壓,然後將電輸送至各 地的變電所降壓,再經由街道電線桿上或地面上的變壓器,將 電
壓降至一般家庭或工廠中,提供用戶使用 。 升高
發電
輸電
配電 用電
台灣電力公司輸電系統流程圖
( Fig From:台灣電力公司網站 )
電的輸送方式:
( 3 )輸電方式討論:
發電廠:發電的 固定
輸電線路:線路長度固定,線路的 固定
發電廠採取 、 方式輸送,以減少輸電線路 上的電能損耗。
電的輸送方式討論
高電壓 低電流
(媒體: 1
, 1’42” )
電功率
電阻
IV P
P I
2R
I V
IV IV
P
,
反比
P I
I P
I P
,
R
22
範例解說
1. 發電廠所發出的電能,一般須經由長途的輸送線路,送到各地區的 用
戶,因此輸送線路是用電阻很小的銅線製成,以減少電能的損失。若 發電廠所發出的電功率保持一定,且輸送線路符合歐姆定律,則:
當發出電壓變為原來的 2 倍時,則:
輸電線路上的電流,將變為原來的 倍。
輸電線路上的能量損失,將變為原來的 倍。
當發出電壓變為原來的 n 倍時,則:
輸電線路上的電流,將變為原來的 倍。
輸電線路上的能量損失,將變為原來的 倍。
發電廠 用戶端
4 P 1
銅線 為原來之 ,
2 I 輸出 1
I
2R P I
2 P
12
14 1n
1 2
n
P
定值 R 定值
I 變二分之ㄧ V 二倍 ,
反比
I V IV
P
配電系統
配電系統:
( 1 )住家配電方式: 。
從電線桿上的變壓器接到家庭用戶的導線,共有 條:
條非接地線和 條接地線。
( ):非接地線 對地有電壓
( ):接地線(接觸地表) 對地無電壓
配電系統 單相三線
三
活線 火線
中性線
二 一
單相三線
地線
配電系統:
( 1 )住家配電方式:
迴路連接:
每條活線與中性線間的電位差均為 110 伏特 ,但兩活線間的電位差則為 220 伏特。
110V :連接 及 。 220V :連接 及 。
配電系統 迴路連接
活線 A (或
B ) 中性線 C
活線 A 活線 B
(黑、紅色絕緣外皮:火(活)線;白色絕緣外皮:中性線 )
配電系統:
( 1 )住家配電方式:
家庭用電配置圖:
家庭用電配置圖
驗電筆:插入插座孔,會亮的孔是 。
活線
配電系統:
( 2 )電源插頭與長短插孔插座:
家庭用電配置圖
二孔插座 三孔插座 三孔插座 活線 A (或 B )
中性線 C
活線 A (或 B ) 中性線 C
接地線
活線 A 活線 B 中性線 C
短插孔:接火線,是帶電的
長插孔:接中性線,是不帶電的
類似圓孔:接地線
110 V 110 V 220 V
220 V
110 V
範例解說
1. ( )彥志在學習家庭電路時,安裝了甲、乙兩個插座和丙、丁兩盞 燈,如右圖所示,如果兩插座上均連接家用電器,且將電路中 的開關全部閉合,那麼各電器工作的情況是下列何者?
( A )四者都正常工作 ( B )只有乙、丙、丁正常工作 ( C )只有丙、丁正常工作 ( D )只有丙正常工作。
D
110V
:須連接一條活線與一條中性線
電錶與電費
電費計算:
( 1 )電力公司以用電戶使用的 多寡為計費依據,單位 。 ( 2 )電費計算:
儀器: 。
電費=使用度數 × 單價
電費計算
電能 度
瓦時計
度數
KWh
電費計算:
( 2 )電費計算:
度的定義:
1 度相當於 1000 瓦電器,連續使用 1 小時所消耗的電能 1 度= 的電能= = 焦 耳。
度的求法:
電費計算
1 仟瓦.小
時
1 KW h
6
J 10 6
. 3 3600000
3600 1000
1 1000
1
W h KWh Pt
D
10
66 . 3
E
h KW
D
Pt D
E
3 . 6 10
610
66
.
3
8
J
6
6
3 . 6 10 30 1 . 08 10 10
6 .
3
D
E
範例解說
1.500 W 的燈泡,每天使用 2 小時:
一個月耗電 度,電能消耗 焦耳。
承上題,若電費單價每度 2.5 元,則電費 元。
30 30
2 5 . 0
30
KWh D
30 1.08×108 75
元 75 2.5
30
$
2. ( )附圖為某商家一天中總消耗電功率與時間的關係圖。假設每 度
電的電費為 4 元,則該商家這一天用電量的電費約多少元?
( A ) 300 元 ( B ) 400 元 ( C ) 500 元
( D ) 600 元。
D KWh 2 8 6 8 4 8 96 元
84 3 4
6 9
$
B
範例解說
3. 某學校有 50 間教室,教室內有 20 盞、 100 伏特、 40 瓦特的日光 燈,則:
若每間教室電燈全開,連續八小時,則:
學校總電源的總電功率為 瓦。
若電費每度 4 元,學校每天的電費為多少錢? 元
節約能源,下課每關一盞燈時,下列敘述何者正確? 。
( A )總電壓減少 ( B )總電流減小 ( C )總電阻增加
( D )總電功率減少 ( E )電費減少 ( F )總消耗電能增 加
KW W
P ( 20 40 ) 50 40000 40
40000
320 8
40
KW h D
1280
1280 4
320
$
BCDE
並聯: V 相等、 I 相加、 R 倒數(越並越小)、 P 相加
假設當地電壓 100V
範例解說
4. 冷氣機甲: 110V 、 1000W ,冷氣機乙: 220V 、 1000W ,兩臺冷氣 機在
額定電壓下正常使用時有何不同?
冷氣機兩端的電壓大小: 。 流經電流大小: 。
使用相同時間下,流經的電量大小: 。 冷氣機的電阻大小: 。
使用相同時間下,消耗的電能大小: 。
使用相同時間下,何者比較省電(費): 。 甲<乙
V I
V I
P 1
110 9.1A 1000
V I
甲P
甲>乙
I t
I
Q
Q
甲>乙
220 4.5A 1000
V I
乙P
2 2
V P R
R V
甲<乙
t P E
甲=乙
h KW
D
甲=乙
用電安全
短路: 短路
( 1 )意義:電能由電源傳出,沒有經過電燈消耗就回到電源 ( 2 )短路可能造成的結果:
導線瞬間流經的電流過大,導致過熱而發生 。 使線路上的電器或電池 。
電線走火 過熱或損毀
甲 甲 乙
甲 燈泡 。 (短路)
甲 燈泡 。 乙 燈泡 。 (短路)
電池 。 (短路)
不亮 過熱或損毀
不亮
過熱
插頭的電線走火
短路:
( 3 )電線走火:
短路的高電流,其熱效應產生的熱量使電線絕緣外皮熔化,
甚至起火燃燒。
斷路 短路
(媒體: 1
, 1’29” )
範例解說
1. ( )將 L1 L3 ∼ 三個燈泡連接成如右圖所示電路。當開關 S 斷 開
(斷路)時,哪些燈泡會發亮?
( A ) L1 、 L3 ( B ) L1 、 L2 、 L3 ( C ) L2 、 L3 ( D ) L3 。
斷路 短路
D
安全負載電流
用電安全:
( 1 )安全負載電流:電線能承受的最大電流量
若超過負載,電線所生熱能使溫度急遽上升而危險 通常越 的導線,安全負載電流越大
安全負載電流
用電安全 : I
總電流 I
粗
電路安全的保護者
用電安全:
( 2 )電路安全的保護者:
種類
材質特性 鉍錫鉛合金
電阻大於銅、熔點小於銅
原理 電流的熱效應 雙金屬或電流的磁效應
使用
電流過大時 而成斷路 而成斷路 電流過大時處理 檢查電流過大原因
更換適合之保險絲
檢查電流過大原因
重新開啟 注意事項 不得以金屬線替代
規格選用
保險絲 無熔絲開關
熔斷 跳脫接點
安全負載電流 ) 保險絲容許電流 ) (
(
I I
串聯 串聯
] [
] [
安全負載電流 須接近但小於
保險絲電流限定值
無熔絲開關 保險絲
保險絲與無熔絲開關
電路元件 電路符號
保險絲
家庭用電安全須知
用電安全:
( 3 )家庭用電注意事項:
安裝正確數值的保險絲或無熔絲開關。不可以其他金屬 線代替保險絲。
身體或站立處潮濕時,不可觸摸電器。
不可在同一插座或延長線連接過多電器。
不可用拉扯電線的方式拔出電器插頭。
使用電器,應依說明書規定,將外殼接地。
電器長時間不使用時,需拔下插頭。
電路與電器避免潮濕與高溫處。
浴室插座分路應加裝漏電斷路器。
範例解說
1. 實驗室的電源 110 伏特,且所用電線僅能支持 50 安培的最大電流,今 以
標示 110V 、 400W 之電爐當熱源如圖所示,試問:
一個電爐使用 1 分鐘,消耗 焦耳的電能。
每一個電爐使用時,有 安培的電流經過。
若每組使用一個電爐,最多只能供應 組做實驗。
請標示出適合串聯保險絲的位置。
24000 J 60
400
E Pt
24000
V A I P
11 40 110 400
40/11
13 75
. 13 11 50
40
n n
n
13
範例解說
2. 圖為適用 110 伏特 V 的家用電器四種,分別為 880W 的電鍋、 330W 的電
熨斗、 550W 的電爐及 220W 的冰箱。則:
若同時使用,總電流為 安培。
若同時使用,使用 2 小時其耗電為 度。
有五種保險絲,保險絲能承受的最大電流量分別為 5 、 10 、
15 、 20 、 25 安培,則電路可採用而不至熔斷的保險絲 有
幾種? ( A ) 2 ( B ) 3 ( C ) 4 ( D ) 5 。
96 . 3
1000 2
220 550
330 880
KW h D
3.96
A
V
I P 18
110
220 550
330
880
總電壓 總電功率 總電流
A
18
家中電器
範例解說
3. ( )電視報導,某鄉鎮因鳥類停在電線上而造成短路,致使很多的 用
戶停電。若附圖為電線電路的示意圖,則鳥的兩隻腳可能同時 站
在下列哪兩點,而造成短路?
(鳥本身的電阻遠小於電器的電阻)
(A) a 、 b (B) c 、 d (C) a 、 e (D) d 、 e 。 C
家中電器
電流沒經過鳥
鳥 銅線 電器
鳥
範例解說
4. ( )四個相同的燈泡和一電池連接成電路,
如圖,按下開關接成通路後,其中有 幾個燈泡會亮?
( A ) 1 個( B ) 2 個( C ) 3 個( D ) 4 個。
A
5. 小董家中的電器皆使用 110 伏特的電源,且各電器之電功率如附表所 示。某天,她使用檯燈 10 小時、電視 5 小時、電冰箱 3 小時,電鍋 1 小
時,則:
( )通過下列何種電器的電流最大?
( )通過下列何種電器的總電量最多?
( )她使用的電器中,何者耗費電費最多?
( A )檯燈 ( B )電視 ( C )電冰箱 ( D )電鍋
電 器 電功率(瓦特)
檯 燈 18 電 視 250 電冰箱 300 電 鍋 800
I P
V I
P
D
Pt V t
t P
I
Q
Q
B
Pt D
h KW
D
B
並聯
Pt
180 1250
900 800
範例解說
6. ( )下表所列為小明家中使用的一些電器的資料,則:
小明將 110 伏特、 10 安培的雙孔插座延長線,接至牆上 110 伏
特、 20 安培的一個插座,則在此延長線上,同時使用下列哪 兩
種電器時會有安全上的顧慮?
( A )日光燈和電視 ( B )日光燈和電鍋 ( C )電冰箱和電視 ( D )洗衣機和電鍋。
D
電器規格 日光燈 電視 洗衣機 電冰箱 電鍋
電壓(伏特) 110 110 110 110 110
電功率(瓦) 55 330 396 440 825
電流列式 流經電流
V I P
110 55
110 330
110 396
110 440
110 825
A 5 .
0 3 A 3 . 6 A 4 A 7 . 5 A
3.5 A 8.0 A
7.0 A 11.1 A
範例解說
7. ( )一盞檯燈本來使用 60 瓦特的鎢絲燈泡,換成 100 瓦特的鎢絲 燈泡
後,就變得比較亮了,其主要原因為何?
(A) 通過鎢絲的電流變大了 (B) 燈泡鎢絲的電阻變大了 (C) 燈泡中的電壓升高了 (D) 通過鎢絲的電流變小了。
A
項目 60W 燈 100W 燈 討論關係式 V
I R P E Q
並聯 V 相等
相等 相等
V I
P
小 大
P V
R
2大 小
R V
P
2小 大
t P E
小 大
t I
Q
小 大
變小
不變 變大
範例解說
8. 將甲燈 (110V 、 60W) 與乙燈 (110V 、 40W) 串聯接於 110 伏特電源上,
則:
甲、乙兩燈泡的電功率比為多少? 。 甲、乙兩燈泡的電壓比為多少? 。
通過 甲、乙兩燈泡的電流比為多少? 。 甲、乙兩燈泡的電阻比為多少? 。
2 : 3
9. 將甲、乙兩個不同的燈泡串聯使用,亮度甲>乙,則:(填:>、=、<)
電壓:甲 乙 電功率:甲 乙 電流:甲 乙 電阻:甲 乙。
P R R
P V
21
R P
R I
P
2
R V
R I
V R P
R I
P
2
2 : 2 3:
3 1 : 1
V 110
5V
110 2 V 5 110 3
甲 乙
V R
P
串 : I 相同
>
>
>
=
10. 將甲燈 (110V 、 60W) 與乙燈 (110V 、 40W) 並聯接於 110 伏特電源上,
則:
甲、乙兩燈泡的電功率比為多少? 。
甲、乙兩燈泡的電壓比為多少? 。
通過 甲、乙兩燈泡的電流比為多少? 。 甲、乙兩燈泡的電阻比為多少? 。
範例解說
11. 將甲、乙兩個不同的燈泡並聯使用,亮度甲>乙,則:(填:>、=、<)
電壓:甲 乙 電功率:甲 乙 電流:甲 乙 電阻:甲 乙。
V 110
V 110
甲 乙
3 : 2
V 110
1 :
1
V I R I R 1
P R R
P V
2 1
2 : 3
3 : 2
1 I V
:
並 相同 P R
=
<
>
>