电池、电线、接地基本观念.doc

电池、电线、接地基本观念在学习电子电路学奥姆定律前该注意知道的事项:在今天的学习中将学到该如何着手去彻底了解一件事情?最好的方法莫过于先将事情简单化，甚至可以将其联想到周遭的事物，且任何事情都要经过本身的不断思考来解决问题，不要一昧的利用一些自己虽已熟记但是是不了解其原义只是囫囵吞枣的所谓的定理来解决问题，这么一来只是会将事情复杂化而已。其实真理可能是非常简单的是在你的周遭可以随时发现的，但往往太过流于世俗化形式化公式化，总结今天课程中所学到的第一件事情，就是要常常思考一件事情的原因，不要只是想求结果，这是有效率的逻辑思考的第一步。在学习电子电路学欧母定律前该注意知道的事项:先做一个大前提的假设，先假设电流就是水流，把电看成水一般。1. 电压(电位差)：电位差就可以看成是水位差，水位有差异也就是有位能的高低，水位高就代表位能高，水位低就代表位能低；例如像一个3Volt的电池若是以电子在流动而言，而正极就代表较低的水位；负极就代表较高的水位，水位有高低差异就会造成位能差，就是一个水库的位能差异，就会产生驱动水流动的力量，而就电子而言也是，正负极间因为有电位的差异，也就是所谓的电压(电位差)，他就会驱动电子产生流动。而一般的观念是电流的流动，就是正电荷在流动，但实际状况是正电荷并不产生流动；所以一般的观念中电流是从正极流出的，所以对正电荷在流动而言正极是代表高水位，而负极代表低水位。电子的流动只是因为电子受负极排斥受正极吸引而产生流动。不管是正电荷会是负电荷他的流动都是由高电位流像低电位的。 2. 电阻：就是阻止电流动得能力，亦是阻止水流动的能力，若在一个有电位差(电压)的情况下，给予一个导线(管子)时他就会从高电位(高水位)流像低电位(低水位)，而导线(管子)阻止电流动(水流动)的能力就是电阻，而导线(管子)直径越大其阻力越小，所以说阻力和导线（管径）大小成反比。所以说导线的选择很重要，关系着导线（管子）是否能够负载电流（水流）通过如果负荷不了就会烧掉（就是管子会暴开）。而导线的选择就得先了解导线的性质。3. 导线：用来连接在有电压（电位差、位能差）时，此时导线是相当于给予一个无限粗的水管，管内的流量相当的大因为阻力很小，所以高水位的水瞬间完全流像低水位(t=0)，也就是说接以普通电线时，通过的电流是无线大的，而使导线烧毁。所以说导线的性质归纳有：一、 一、阻止电子流动得能力(电阻)是相当的小。二、 二、其散热性就是能够容纳多大电流通过，其散热能力的大小和导线的截面积大小有关，直径大截面积大散热性佳。4. 接地：接地的动作是为了让所有的电位差有相同的基准点(但是地线并非最低点)，才能进行比较就是要有相对压差的观念。而(图一)和(图二)有何差异: (图一) (图二) 图(一)因为并没有接地所以无相同的基准点V1、V2并无法做出比较所以电子流动方向并不清楚所以并不流通无法行程一个回路，而图(二)因为接地了所以有相同的基准点，虽行成回路有电流产生，但在V1、V2间还是存在有1.5V的压差因为导线负荷不了电流所以会产生电线着火。3V3V+ (图三) (图四) (图三)、(图四) 分别是电池的负极接地和正极接地有何差异?若是电池电压是3Volt，(图三)的负极接地，就会是正的3Volt，因为电流的高水位在水平面以上，若是图(二)正极接地，那就是有负的3Volt，电流的高水位是在水平面以下，而地平面的电位视为0Volt，就会得到正3V跟负3V。4. 1. 应用：图(五) 在上图中会发生什么样的结果? 代表V1、V2的正极的电位是相通的(也就是相同的基准)，而 也表示负极的电位是相通的，假若1Volt的电位差表示相差1cm那(图五)的结果会变成如下图： (图六) 由(图六)得知他们之间还是存在有电位差(位能差)而且之间还有导线连通所以电还是经有导线从高电位流向低电位但因为之间仍有相差1.5V的电位而导线的电阻只有110(-6)推算得之流过导线的电流是1.5106 A 而导线最高只能容忍0.3A 因为一般延长线大小的导线能容忍15 A左右的电流流过，其直径为8.44mm，而一般普通导线直径1.14mm，得其间截面积比为8.442：1.142得55：1所以普通导线所能容纳之电流为15A55大约是0.3AA1所以次情况下导线势必会烧毁。 而该如何改善此情况?若在两电压源间并联一个电阻?如下图：(图七) 结果还是没有改善因为电流动会选择往电阻(阻力)较小的地方流动，所以电流向红色双向箭号之间，故导线还是烧毁。如果在红色双向箭号间加上个1k的电阻? 如下图：(图八) 结果就会获得改善流经红色双向箭号间的电位差1.5V所以流经R2的电流是0.0015，比流经普通导线的电流还小所以，并不会发生烧毁。奥姆定律: 先假设电流等于水流，两点间之位能差就相当于电位差(V)亦是电压，所以电流也就等于电位差所造成之能量释放流经管道时所产生之速度称为电流(I)，所以不同管道会造成不同的速度也就是也不同的电流，管道之管径大小与速度成反比，管径大小和阻力成反比，管径越大也就是阻力越小速度越快，阻力也就相当于电阻(R)电位差越大也就造成电子流动的越快，故电压和电流成正比实验室42 I1/R，所以电阻是电压和电流之比例常数。即可得:V=IR分流定理(在并联时): 由上数假设可以知道当电流分流时也是就分成两个不同管径时其所造成的阻力和电子流动速度会等于一个大管径(是两个管径之合)所造成之阻力合电子流动速度之合。I=I=I=I=压降定理(再串联时):即是整段压降的等于各段压降之总合，也就是说总合的电位差不管如何串联多少或多大得电阻(管径大小)都可以将其分段处理后再行加总各段之压降也就可得到整段之总压降。(=+)因为不管如何分段其流经时之电流各段皆相同，因为电荷不灭定理(能量不灭)流经管路中时其电荷是保持不灭，又因I=:电量 :单位时间差Q不变，时间差都固定，所以各段之电流皆相同。电压与电组成正比可得: 电池、电线、接地基本观念一、电池:一个电池若被接通则在此回路上会产生两种物理现象，一是电流一是电子流。对于电池来说，电流是由正极流向负极，也就是由高电压流向低电压。而电子流则是由负极流向正极，促使其流动的力量则是因为电子(e-)带负电，和负极互相排斥而被正极所吸引。于电路图上对电池正负极表示方法是以一长线及一短线来表示。长线表示正极，短线表示负极。并在符号旁加上电压大小，如下图所示:+ -3V 对于电池来说，正极电位高于负极电位。二、导线: 要了解导线先要对导线基本物理性质有所了解。一般市面上贩售之铜质导线其电阻系数相当小约只有1.710-6W-cm。因此其电阻也就相当的小，故在从事接线工作时，一定要先了解导线所能忍受的最大使用电流，以免发生危险。对于导线跟电压源关系，可用一个非常类似的观念来比拟，那就是水库跟水管关系。以下是导线跟水管观念上相类似可以互相比拟的地方:1. 1. 导线相当是一根无限大管径的管子;何以如此说呢？前面提过，一般铜导线电阻非常小，小到近似于零。因此，当电子在其上流动时可说完全没有遇到任何阻力，也就好像水库的水流经一根无限大管径的管子一样。2. 2. 若仅有导线接电源，则导线中电流量趋近于，相当于管子中水流量; 其实这个论点依据跟1.是相同的，皆归因于导线的电阻相当小或管子。3. 3. 导线具有一定的热容许能力，就像管子有一定容许压力一样;对于导线来说，若材质相同则线径较大的导线其热容许能力较大，也就是它的散热能力较佳。因为根据截面积公式A=/4D2，大的导线具有较大的表面积，所以它的散热也就比较快，所以它能容忍较大的电流，避免烧毁。举一列子来说明。若有两条同材质导线，一条直径10mm一条5mm，若10mm导线电流容许值为30A，则5mm导线可经换算而得到电流容许值。算式如下:I= 30(52/102)=7.5A上述例子可协助判断，当要接一不知电流容许值导线时，粗估其可容许电流。避免因接错导线发生意外。三、接地:当要比较两电压源电位高低时，需要有一相对基准点与予比较。而此基准点就需靠接地来达成。若无接地则电位高低无比较基准，即无所谓电位高低可言。就以下面两图来说:B图因为没有接地，两边电压源没有比较基准，故没有所谓电位高低。另外，接地亦有让电路形成回路之功能，就以上面A、B两图来说，A图形成一回路而，B图则为一断路。因此，A图有电流产生，B图无电流产生。进一步阐述接地观念:我们都知道，当在说高度时都说这个高度是海拔多少，而所谓海拔就是将海平面当为零做为比较基准。若没有海平面做为比较基准，则当你在甲乙两地时，你就没有办法分辨是甲地高还是乙地高。而接地观念也同于此，都是要做为一比较基准。不同的只是一个做为高度，一个做为电压的比较基准而已。10F1F这种情况1楼高于10楼喔举个例子来说；假如有人问你，1层楼和10层楼哪一个高，假若你马上回答10层楼高，那你就有欠考虑了。因为你还要考虑两栋楼所在的位子关系，若1层楼位于山上，而10层楼位于平地，相反地应该是1层楼高而不是10层楼高。所以比较高低要有个基准才有意义，同理比较电压的高低也要有个基准，那就是接地了。10 F 接地的妙用: 相当于 上述C、D两图即充分展现出接地的妙用，因为地球本身就是一个大导体，所以它能将一个断路再度连接成一回路。四、电路:图E 对于电路回路来说，图E是个错误的回路，当电压源被接通时因为大量的电流会往电阻最小的地方流动，也就是箭头的方向，以致于使得导线烧毁造成断路。观念及计算: 对于电子回路，基本上先要具备几个基本观念才能容易了解电路:1.奥姆定律: V=IR这即是奥姆定律，虽然仅有短短几个字，但却是一切电子学基础。能够活用奥姆定律即能掌握所有电路。2.分压定律: 当串联两电阻时它所造成的电压降和电阻值成正比关系。VAC/VCB=20/30=2/33.分流定律: 当一电流流经两分路时，各分路所分配的电流，与其线路上的电阻值成反比关系。I1/I2=30/20=3/2 计算: 求I、I1、I2 ?先求并联电路I1 I2 I 并联电路等效电阻Req = 1/(1/10 + 1/20) = 6.67W 总电阻Rtotal = 30 + 6.67 = 36.67 W 故 I = V/R = 10/36.67 = 0.273 A I1 = 0.273 20/30 = 0.182 A I2 = 0.273 10/30 = 0.091 A一个电子电路图要如何以最有效率的方法来求结果,就是利用工具为辅助。可知所有的电路图要把握一个诀窍来解题就是使用奥姆定律,要很清楚了