基本電學
外觀
基本電學(Basic Electricity),是電學(電力學、電子學、電路學等)的基礎學科。
基本概念
[編輯]基本單位
[編輯]種類 | 變數符號 | 單位 | 單位名稱 | 定義 | 相關 |
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電壓 | V | 伏特 | 在電子元件或電路兩端的電勢差
|
||
電流 | A | 安培 | 在單位時間內自導體截面積所通過的電量
|
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電阻 | Ω | 歐姆 | 導體本身反抗電子流動的阻力 |
電阻率 歐姆定律 電阻溫度系數 電阻色碼 | |
電導 | S | 西門子 | 電導率 | ||
電容 | F | 法拉 | |||
電感 | H | 亨利 | 法拉第電磁感應定律 | ||
功率 | W | 瓦特 |
|
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電能 | J | 焦耳 |
|
焦耳定律 | |
電量 | C | 庫倫 |
|
- 備註:
- 關於電壓,在中國大陸、德國、法國、荷蘭、俄國使用當符號,其他地區則用當符號。
電路狀態
[編輯]- 閉路=通路(Closed circuit)
- 當電源、導線、負載形成一完整路徑。有電流經過電路。
- 開路=斷路(Open circuit)
- 當電源、導線、負載形成一個斷開的狀態。沒有電流經過電路。
- 短路(Short circuit)
- 當只有電源、導線形成一完整路徑,負載趨近於零。有大電流經過電路,容易產生火花與高熱,因而燒毀電路。
其它基本知識
[編輯]- 密爾(mil)
- 1 mil = 吋,1吋=2.54公分,1呎(ft)=12吋,1吋=1000密爾
- 圓密爾(C.M.)
- 1 C.M. = 平方密爾,1平方密爾 = 圓密爾
電路組成元件
[編輯]電源
[編輯]直流電(DC) | 交流電(AC) |
- 常用符號
導線
[編輯]負載
[編輯]種類 | 單位 | 電路圖符號 | 實際電子元件 | 圖示 |
---|---|---|---|---|
電阻(R) | 歐姆(Ω) | ANSI(上) IEC(下) |
電阻器 | |
電感(L) | 亨利(H) | 電感元件 | ||
電容(C) | 法拉(F) | 電容器 |
電路
[編輯]串聯電路
[編輯]並聯電路
[編輯]串並聯電路
[編輯]直流電路
[編輯]電壓分配定則
[編輯]- 基爾霍夫電壓定律(Kirchhoff's voltage law)
- 在串聯電路中:
- 電壓
- 電流
- 總電阻
- 各電阻的電壓降
電流分配定則
[編輯]- 基爾霍夫電流定律(Kirchhoff's circuit laws)
- 在並聯電路中:
- 電壓
- 各電阻流經的電流
- 電流
- 總電阻
電壓源與電流源互換
[編輯]- 電流源轉電壓源
- 電壓源轉電流源
直流電路分析
[編輯]- 網目分析(Mesh analysis),又稱「迴路電流法」
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- 節點分析,又稱「節點電壓法」
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- 戴維寧定律(Thévenin's theorem)
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- 諾頓定律(Norton's theorem)
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- 密勒定理(Millman's theore),又稱「匯流排法」
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- 惠斯登平衡電橋(Wheatstone bridge)
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- 最大功率轉移
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- 直流三線制
直流暫態
[編輯]充電暫態:(e=2.718、e-1=0.368、e-2=0.135、e-3= 0.05、e-4=0.02、e-5= 0)
RC
[編輯]時間常數(T)=RC
- 充電初態:電容器兩平行電板對位移電流所形成之阻力最小,充電電流最大,電阻最小,故可視同短路。
- 充電穩態:C視為開路。
- 放電初態:C視為電壓源。
- 放電穩態:C視為原元件。
RL
[編輯]時間常數(T)=L/R
- 儲能初態:依據法拉第定律及楞次定律可知電感兩端產生一最大的反電勢,故充電電流為零,所以視同開路。電容器充電與放電電流方向相反,而電感器儲能與釋能電流方向相同。
- 儲能穩態:L視為短路。
- 釋能初態:L視為電流源。
- 釋能穩態:L視為原元件。
RLC
[編輯]- 充電:外加直流電壓E後,電容C被充電,電流i將呈振動狀逐漸衰減至零值,而電容器兩端的電壓vC亦呈振動狀逐漸增至E值。由電路電流使電感器儲存磁能 Li2大於儲在電容器C中之電能 Cv2時,充電電流i向電容C充電。同時,由電感器中儲存之磁能產生的反電勢vL,使其產生一與充電電流反向之電流,而令電容器放電。因電容器放電後電荷逐漸減少,電源遂再度向電容充電,如此反覆地充放電使電路電流i呈振動狀,同時因電能被電阻R吸收消耗,致電流i愈來愈小乃致趨於零,且vC亦呈振動狀漸趨近於E值。
- 放電:當電容C充電完成後,將開關S.W.切離直流電壓源E後,電路的變化與前述情形相似,此種暫態現象由於電路常數R、L、C值的不同,將產生下列三種狀況:
1.設R>2根號L/C時:
因R比2根號L/C大,則電容器中的電能大於電感器中的磁能,而電能因被電阻所吸收,故電流衰減而近於零,vC則漸升至E值,而電流因受電感器的反電勢所抑制,變化不似RC電路般之急劇,此種電流的變化呈「非振動性」的。
2.設R<2根號L/C時:
因R比2 小,則電感中的磁能大於電容中的電能,因能量為電阻器所消耗,使電流呈振動狀,漸趨於零值,vC亦呈振動狀而漸趨於E值。
3.設R=2根號L/C時:
此種狀況介於上述兩者間,屬於臨界狀態。
交流電路
[編輯]基本交流電路
[編輯]電壓分配定則
[編輯]- 在串聯電路中
電源電壓
總阻抗
電路電流
各阻抗的電壓降
電流分配定則
[編輯]- 在並聯電路中:
- 電源電壓
- 各阻抗流經的電流
- 總電流
- 總阻抗
R-L-C串聯電路與R-L-C並聯電路的阻抗等值互換
[編輯]- R-L-C串聯電路轉R-L-C並聯電路
- R-L-C並聯電路轉R-L-C串聯電路
Y形電路與Δ電路的阻抗等值互換
[編輯]- Y形電路轉Δ電路
- Δ電路轉Y形電路
交流電路分析
[編輯]交流電路電功率
[編輯]電路分析
[編輯]基本上算法與直流電路分析的算法一樣,但負載由電阻(R)改為阻抗(Z)。改以複數方式計算相關公式。
交流最大功率轉移
[編輯]多相交流電路
[編輯]交叉相關
[編輯]靜電
[編輯]- 庫侖定律(Coulomb's law)
- 電場(Electric field)
- 電通量(Electric flux)
- 高斯定律(Gauss's law)
- 靜電感應(Electrostatic induction)
磁
[編輯]- 磁場(Magnetic field)
- 磁通量(Magnetic flux)與磁通密度
- 磁化(Magnetization)
- 磁阻(Magnetic reluctance)
- 磁滯(Magnetic hysteresis)
電流磁效應、電磁感應
[編輯]- 安培右手定則(Ampère's circuital law)
- 法拉第電磁感應定律(Faraday's law of induction)
- 楞次定律(Lenz's law)
- 佛來明右手定則(Fleming's right hand rule,又稱發電機定則)
- 佛來明左手定則(Fleming's left hand rule,又稱摩打定則)
- 必歐-沙伐定律(Biot–Savart law)
電熱效應
[編輯]- 電熱效應(Thermoelectric effect)
- 熱電冷卻(Thermoelectric cooling)
- 焦耳定律(Joule's laws)
- 熱電偶(Thermocouple)
- 熱敏電阻(Thermistor)
光電科技
[編輯]電化學效應
[編輯]相關數學
[編輯]相關
[編輯]相關課程
[編輯]- 課程: 基本電學/ 何宏發教授(頁面存檔備份,存於互聯網檔案館) - 台灣師範大學開放式課程
- 基本電學 - 電子科 (頁面存檔備份,存於互聯網檔案館) - 高雄市雄工
參考書籍
[編輯]維基教科書中的相關電子教學:en:Electronics