基本电学滨第1章随堂讲义(学生本)
- 1. 第 1 章 電學概論 1 第 1 章 電學概論 第 1 部分 課後複習 1. 特性介紹 (1) 原子結構 特性比較 粒子名稱 電 性 電 量 質 量 質 子 正 電 ? 1.6 ? 10?19 C 1.6729 ? 10?27 kg 中 子 不帶電 0 1.6751 ? 10?27 kg 電 子 負 電 ?1.6 ? 10?19 C 9.107 ? 10?31 kg (2) 離子 正離子 原子失去電子、帶 正 電。 負離子 原子獲得電子、帶 負 電。 (3) 物質的電性分類 導體 半導體 絕緣體 價電子數目 ? 4 ? 4 ? 4 2. 單位 名稱符號 SI 制單位及符號 靜電制單位 電荷（ Q ） 庫侖 （C） 靜電庫侖 電壓（E，V） 伏特 （V） 靜電伏特 電流（I，i） 安培（ A ） 靜電安培 電阻（ R ） 歐姆（ ? ） 靜電歐姆 電容（ C ） 法拉 （F） 靜電法拉 電感（ L ） 亨利 （H） 靜電亨利 電能（ W ） 焦耳（ J ） 爾格 電功率（ P ） 瓦特（ W ） 靜電瓦特 3. 能量 定 義 物質做功的能力，稱為能量，符號為 W。 單 位 (1) MKS： 焦耳 （J）；CGS： 爾格 （erg）。 (2) 1 焦耳（J）? 107 爾格（erg） 1 焦耳 ? 1 庫侖 ? 伏特 ? 1 瓦特 ? 秒
- 2. 2 第 1 章 電學概論 4. 電荷 電 量 帶電物體內所含基本電荷的數量。 公 式 Q ? N（基本電荷數目）? e（基本電荷電量） 1e ? 1.6 ? 10?19 C；1C ? 19 1 1.6 10? ? ? 6.25 ? 1018 個電子 特 性 (1) 同性相 斥 ，異性相 吸 。 (2) 靜電感應。 (3) 導體電荷分佈密度與表面彎曲度成 正 比。 5. 電壓 電動勢（emf） 使電荷移動做功的驅動力，符號為（E）。 電 位 以無窮遠為參考點（電位為 零 伏特），若電荷 Q 在 A 點的電位能為 WA，則 A 點的電位 VA 為 VA ? AW Q 電 位 差 將一單位正電荷由 B 點移動到 A 點所做的功。 VAB ? AB A BW W W Q Q ? ? ? A BV V? 6. 電流 定 義 每單位時間內通過導體某一截面的電荷量。 公 式 I ? Q N e t t ? ? ? nAve 方 向 (1) 電流方向為 正 電荷方向。 (2) 傳統所定義之電流方向與電子流方向 相反 。 7. 功率 定 義 單位時間內所做的功。 公 式 P W V Q t t ? ? ? ? V ? I 單 位 (1) MKS： 瓦特 （W）；FPS： 馬力 （Hp）。 (2) 1Hp ? 746 W≒ 3 4 kW
- 3. 第 1 章 電學概論 3 8. 電能與電度 度 電 (1) 1 度電為 1 小時內消耗 1 仟瓦的功率，為能量單位。 (2) 1 度電 ? 1kWh ? 3.6 ? 106 J（公式：W＝Pt） 電子伏特 (1) 1 電子伏特（eV）為移動 1 個基本電荷，通過電位差 1 伏特所消耗的能量，為能量單位。 (2) 1eV ? 1.6 ? 10?19 C ? 1V ? 1.6 ? 10?19 J（公式：W ? QV） 9. 效率 能量系統 輸入 能量 ? 輸出 能量 ? 損失 能量 定 義 輸出能量或功率對輸入能量或功率之比值。 公 式 ? ? out in W W ? 100％ ? in loss in W W W ? ? 100％ 特 性 (1) 0 ? ? ? 1 (2) n 個系統串聯 ?T = 1 2 nη × η × η? (3) ?1 ? ?T、?2 ? ?T……?n ? ?T
- 4. 4 第 1 章 電學概論 第 2 部分 課後練習（題目前面有※者，請見書末解析） ◎精選試題 一、選擇題 ( B ) 1. 移動 1 庫侖的電荷，從電位為 0V 的地方至 1V 的地方，其所需要的能 量為 (A)1eV (B)1J (C)1V (D)1A。 ※( D ) 2. 將 0.25C 的正電荷由 10V 電位移至 A 點，需做正功 20J，則 A 點的電 位為何？ (A)40 (B)60 (C)70 (D)90 V。 ※( B ) 3. 下列何者為能量效率?的定義？ (A) in out W W ? 100％ (B) out in W W ? 100％ (C) in out loss W W + W ? 100％ (D) out in loss W W + W ? 100％。 ※( A ) 4. 在某一導體內，每分鐘有 15 ? 1020 個電子通過，則流經導體的電流有 多少？ (A)4 (B)1 (C)1.5 (D)2 A。 ※( C ) 5. 有一帶電量為 10 庫侖的正電荷，由無窮遠處移動至 a 點須做功 100 焦 耳，而由無窮遠處移動至 b 點須做功 50 焦耳，則 a、b 兩點間的電位 差為 (A)10 (B)20 (C)5 (D)40 V。 ※( D ) 6. 有一電動機輸入的電流為 5A，電壓為 200V，若其效率為 80％，則電 動機輸出的功率為多少？ (A)16 (B)600 (C)25 (D)800 W。 ※( A ) 7. 導體表面電量之表面密度在導體表面曲度較高處，其電荷之表面密度 (A)亦大 (B)亦小 (C)不變 (D)不一定。 ※( A ) 8. 某校有教室 50 間，每間 40 瓦雙管日光燈 8 盞，平均每月使用 25 天， 每天 4.5 小時，則用於此項教室照明的電力是每月多少度？ (A)3600 (B)1000 (C)3600000 (D)1000000。 ※( B ) 9. 有關電流的敘述何者錯誤？ (A)就同一導體而言，電子移動速率與外 加電壓成正比 (B)就同一電流而言，電子移動速率與導體截面積成正 比 (C)慣用電流方向與電子流的方向相反 (D)每秒鐘通過導體任一 截面積之電量。 ※( D ) 10. 有一電力系統由 3 個子系統串聯而成，其效率分別為?1 ? 90％，?2 ? 80 ％，?3 ? 70％，則此系統的總效率為 (A)87 (B)90.27 (C)65.36 (D)50.4 ％。 ※( C ) 11. 將 10 庫侖電荷於 8 秒內由電位 10V 處移至 70V 處，則其平均功率為 (A)87 (B)48 (C)75 (D)12 W。
- 5. 第 1 章 電學概論 5 ※( D ) 12. 有一 10W 的電燈泡，連續使用 1 小時，則其消耗多少能量？ (A)10 (B)36 (C)360 (D)3.6 ? 104 J。 ※( A ) 13. 如果有 14C 的電荷通過空間中某一點，經過 7 秒後，通過此點的電流 為 (A)2 (B)98 (C)21 (D)7 A。 ※( C ) 14. 在 5 分鐘內若有 3000 庫侖的電子從導體的一端進入該導體，並有 3000 庫侖的電子從另一端移出，則導體內的平均電流的大小為 (A)30 (B)15 (C)10 (D)5 A。 ※( B ) 15. 一電子由低電位移向高電位是 (A)將提高位能 (B)降低能量 (C)吸 收能量 (D)能量不變。 ※( C ) 16. 移動 50 庫侖的電荷，由電路的 a 點至 b 點，已知電動勢為 10 伏特， 電路消耗的能量為 (A)0.2 (B)5 (C)500 (D)5000 焦耳。 ※( D ) 17. 10 的次方中英文字母 M 代表的數值是 (A)10?9 (B)10?6 (C)10?3 (D)106 。 ※( A ) 18. 以 1 個 2000 瓦特的電鍋煮飯 3 小時，若電費每度為 2.5 元，則需付之 電費為 (A)15 (B)18 (C)20 (D)25 元。 ※( B ) 19. 將 2 庫侖之正電荷在 5 秒內由電位 10 伏特處移至 20 伏特處，則平均 功率為 (A)2 (B)4 (C)10 (D)20 瓦特。 ※( A ) 20. 有 3 ? 10?3 庫侖的正電荷從 B 點移向 A 點需做功 0.15 焦耳，若 VA ? 80 伏特；則 VB 為 (A)30 (B)35 (C)45 (D)125 伏特。 二、計算題 1. 有一銅導線，已知銅的電子密度為 1029 個/m3 ，截面積為 0.04 平方公分，導線 內的電流為 8 安培，且試求電子在導線中的平均速率為多少？ 解析：V ? 19 4 29 I 8 Aen 0.04 10 1.6 10 10 ? ? ? ? ? ? ? ? 1.25 ? 10?4 m/s 2. 某生家內有一部效率為 80％，輸出功率為 8kW 的抽水馬達，每天運轉 8 小時， 1 個月平均運轉 25 工作天，若每度電費為 1.5 元，則每月浪費電費多少元？ 解析： out in P P ? ? ∴ Pin ? 8k 0.8 ? 10kW Ploss ? Pin ? Pout ? 10k ? 8k ? 2kW 2kW ? 8 小時 ? 25 ? 1.5 ? 600 元
- 6. 6 第 1 章 電學概論 ◎歷屆試題 ※( C ) 1. 用戶設有 100 瓦電燈 3 盞、60 瓦電燈 5 盞、40 瓦電燈 10 盞，若每燈 每晚平均用電 3 小時，每月以 30 日計，電費每度 0.8 元，則每月應付 電費若干？ (A)48 元 (B)60 元 (C)72 元 (D)以上皆非。 ※( A ) 2. 某手機待機消耗功率為 0.036W，其電池額定 3.6V，900mAH；理想情 況下若電池充飽電，則可待機多少小時？ (A)90 (B)70 (C)50 (D)30。 ※( C ) 3. 一帶有 4 庫侖電量之電荷，自 a 點移至 b 點，所做之功為 16 焦耳，則 a、b 二點間之電位差為 (A)64 (B)0.25 (C)4 (D)20 伏特。 ※( D ) 4. 某導線上之電流為 3A，則在 10 分鐘內流過該導線之電量為多少？ (A)30 (B)90 (C)300 (D)1800 庫侖。 ※( D ) 5. 某一 110V 馬達驅動機械負載，若轉速穩定於 2800rpm，輸出功率為 1Hp，且消耗電流為 9A，此時該馬達的效率最接近下列何者？ (A)90 ％ (B)85％ (C)80％ (D)75％。 ※( A ) 6. 某系統的輸出功率為 20kW，效率為 0.8，若連續使用 10 小時，則系統 的 輸 入 能 量 為 何 ？ (A)250kWH (B)200kWH (C)180kWH (D)160kWH。 ※( D ) 7. 導線平均每微秒通過 100 萬個電子，則該導體的電流為 (A)1 (B)10?6 (C)1.6 ? 10?16 (D)1.6 ? 10?7 A。 ※( C ) 8. 某一系統的能量轉換效率為 80％，若損失功率是 400 瓦特，則該系統 的輸出功率是多少瓦特？ (A)3200 (B)2000 (C)1600 (D)500 W。 ※( D ) 9. 有一電器使用 100 伏特的電壓，在 5 秒內消耗 2000 焦耳的電能，若此 電器連續使用 10 小時，則消耗多少度電？ (A)1 度 (B)2 度 (C)3 度 (D)4 度。 ※( B ) 10. 1 個額定 12V、50AH 的汽車蓄電池，理想情況下，充滿電後蓄電池儲 存之能量為多少焦耳？ (A)2.16 ? 10?6 (B)2.16 ? 106 (C)0.6 ? 10?3 (D)0.6 ? 103 。