基本電學

基本電學（Basic Electricity），是電學（電力學、電子學、電路學等）的基礎學科。 備註： 關於電壓，在中國大陸、德國、法國、荷蘭、俄國使用 U {\displaystyle U} 當符號，其他地區則用 V {\displaystyle V} 當符號。 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。 密爾（mil） 1 mil = 1 1000 {\displaystyle {\frac {1}{1000}}} 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. = π 4 {\displaystyle {\frac {\pi }{4}}} 平方密爾，1平方密爾 = 4 π {\displaystyle {\frac {4}{\pi }}} 圓密爾 線規（英语：Wire gauge）（Wire Gauge） IEC 60228，國際線材尺寸標準 中國線規(CWG)，直徑單位為公厘(mm)，截面積平方公厘(mm2) 美國線規(AWG) 集膚效應（Skin effect） 常用符號 依導電性，細分為超導體、導體、半導體、絕緣體 在直流電路中，阻止電流通過的阻力稱為電阻，以 R 表示，單位為Ω（歐姆）。 克希荷夫電壓定律（Kirchhoff's voltage law） ∑ k = 1 n V k = 0 {\displaystyle \sum _{k=1}^{n}V_{k}=0} 在串聯電路中： 電壓 V e = ∑ k = 1 n V k = V 1 + V 2 + ⋯ + V n {\displaystyle V_{e}=\sum _{k=1}^{n}V_{k}=V_{1}+V_{2}+\cdots +V_{n}} 電流 I = V e R t o t a l = V 1 R 1 = V 2 R 2 = ⋯ = V n R n {\displaystyle I={\frac {V_{e}}{R_{total}}}={\frac {V_{1}}{R_{1}}}={\frac {V_{2}}{R_{2}}}=\cdots ={\frac {V_{n}}{R_{n}}}} 總電阻 R t o t a l = R 1 + R 2 + ⋯ + R n {\displaystyle R_{\mathrm {total} }=R_{1}+R_{2}+\cdots +R_{n}} 各電阻的電壓降 V n = V e R t o t a l ⋅ R n {\displaystyle V_{n}={\frac {V_{e}}{R_{total}}}\cdot R_{n}} 克希荷夫電流定律（Kirchhoff's circuit laws） ∑ k = 1 n I k = 0 {\displaystyle \sum _{k=1}^{n}{I}_{k}=0} 在並聯電路中： 電壓 V e = V 1 = V 2 = ⋯ = V n {\displaystyle V_{e}=V_{1}=V_{2}=\cdots =V_{n}} 各電阻流經的電流 I n = V n R n {\displaystyle I_{n}={\frac {V_{n}}{R_{n}}}} 電流 I t o t a l = ∑ k = 1 n I k = I 1 + I 2 + ⋯ + I n {\displaystyle I_{\mathrm {total} }=\sum _{k=1}^{n}{I}_{k}=I_{1}+I_{2}+\cdots +I_{n}} 總電阻 R t o t a l = V e I t o t a l {\displaystyle R_{\mathrm {total} }={\frac {V_{e}}{I_{\mathrm {total} }}}} 電流源轉電壓源 V s = R ⋅ I s {\displaystyle V_{\mathrm {s} }=R\cdot I_{\mathrm {s} }\,\!} 電壓源轉電流源 I s = V s R {\displaystyle I_{\mathrm {s} }={\frac {V_{\mathrm {s} }}{R}}} 網目分析（英语：Mesh analysis）（Mesh analysis），又稱「迴路電流法」 重疊定律 節點分析，又稱「節點電壓法」 戴維寧定律（Thévenin's theorem） 諾頓定律（Norton's theorem） 密勒定理（Millman's theore），又稱「匯流排法」 惠斯登平衡電橋（Wheatstone bridge） 最大功率轉移 直流三線制 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) 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。 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。 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。 在交流電路中，阻止電流通過的阻力稱為阻抗，以 Z 表示，單位亦為Ω（歐姆）。 在串聯電路中 電源電壓 V e = ∑ k = 1 n V k = V 1 + V 2 + ⋯ + V n {\displaystyle V_{e}=\sum _{k=1}^{n}V_{k}=V_{1}+V_{2}+\cdots +V_{n}} 總阻抗 Z t o t a l = Z 1 + Z 2 + ⋯ + Z n {\displaystyle Z_{\mathrm {total} }=Z_{1}+Z_{2}+\cdots +Z_{n}} 電路電流 I = V e Z t o t a l = V e Z 1 + Z 2 + ⋯ + Z n {\displaystyle I={\frac {V_{e}}{Z_{\mathrm {total} }}}={\frac {V_{e}}{Z_{1}+Z_{2}+\cdots +Z_{n}}}} 各阻抗的電壓降 V n = V e Z t o t a l ⋅ Z n = I ⋅ Z n {\displaystyle V_{n}={\frac {V_{e}}{Z_{total}}}\cdot Z_{n}=I\cdot Z_{n}} 在並聯電路中： 電源電壓 V e = V 1 = V 2 = ⋯ = V n {\displaystyle V_{e}=V_{1}=V_{2}=\cdots =V_{n}} 各阻抗流經的電流 I n = V n Z n {\displaystyle I_{n}={\frac {V_{n}}{Z_{n}}}} 總電流 I t o t a l = ∑ k = 1 n I k = I 1 + I 2 + ⋯ + I n {\displaystyle I_{\mathrm {total} }=\sum _{k=1}^{n}{I}_{k}=I_{1}+I_{2}+\cdots +I_{n}} 總阻抗 Z t o t a l = V e I t o t a l {\displaystyle Z_{\mathrm {total} }={\frac {V_{e}}{I_{\mathrm {total} }}}} R-L-C串聯電路轉R-L-C並聯電路 R ′ = R 2 + X 2 R {\displaystyle R'={\frac {R^{2}+X^{2}}{R}}} X ′ = R 2 + X 2 X {\displaystyle X'={\frac {R^{2}+X^{2}}{X}}} R-L-C並聯電路轉R-L-C串聯電路 R ′ = R ⋅ X 2 R 2 + X 2 {\displaystyle R'={\frac {R\cdot X^{2}}{R^{2}+X^{2}}}} X ′ = R 2 ⋅ X R 2 + X 2 {\displaystyle X'={\frac {R^{2}\cdot X}{R^{2}+X^{2}}}} Y形電路轉Δ電路 Z a b = Z a ⋅ Z b + Z b ⋅ Z c + Z c ⋅ Z a Z c {\displaystyle Z_{ab}={\frac {Z_{a}\cdot Z_{b}+Z_{b}\cdot Z_{c}+Z_{c}\cdot Z_{a}}{Z_{c}}}} Z b c = Z a ⋅ Z b + Z b ⋅ Z c + Z c ⋅ Z a Z a {\displaystyle Z_{bc}={\frac {Z_{a}\cdot Z_{b}+Z_{b}\cdot Z_{c}+Z_{c}\cdot Z_{a}}{Z_{a}}}} Z c a = Z a ⋅ Z b + Z b ⋅ Z c + Z c ⋅ Z a Z b {\displaystyle Z_{ca}={\frac {Z_{a}\cdot Z_{b}+Z_{b}\cdot Z_{c}+Z_{c}\cdot Z_{a}}{Z_{b}}}} Δ電路轉Y形電路 Z a = Z a b ⋅ Z c a Z a b + Z b c + Z c a {\displaystyle Z_{a}={\frac {Z_{ab}\cdot Z_{ca}}{Z_{ab}+Z_{bc}+Z_{ca}}}} Z b = Z a b ⋅ Z b c Z a b + Z b c + Z c a {\displaystyle Z_{b}={\frac {Z_{ab}\cdot Z_{bc}}{Z_{ab}+Z_{bc}+Z_{ca}}}} Z c = Z b c ⋅ Z c a Z a b + Z b c + Z c a {\displaystyle Z_{c}={\frac {Z_{bc}\cdot Z_{ca}}{Z_{ab}+Z_{bc}+Z_{ca}}}} 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。 库仑定律（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） 磁場（Magnetic field） 磁通量（Magnetic flux）與磁通密度 磁化（Magnetization） 磁阻（Magnetic reluctance） 磁滞（Magnetic hysteresis） 安培右手定則（Ampère's circuital law） 法拉第電磁感應定律（Faraday's law of induction） 冷次定律（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，又稱電動機定則） 必歐-沙伐定律（Biot–Savart law） 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） 電燈泡（Incandescent light bulb） 光电效应（Photoelectric effect） 太陽能電池（Solar cell） 光敏電阻（Photoresistor） 電池（Battery） 蓄電池與記憶效應 法拉第电解定律（Faraday's laws of electrolysis） 電鍍（Electroplating） 行列式（電路分析常用） 複數（交流電路相關計算常用） 电子学主题 電路符號 電路圖 電學 課程: 基本電學/ 何宏發教授（页面存档备份，存于互联网档案馆） - 台灣師範大學開放式課程 基本電學 - 電子科 （页面存档备份，存于互联网档案馆） - 高雄市雄工 維基教科書中的相關電子教程：en:Electronics intitle:"基本電學" - 搜索 Google 圖書 intitle:"Basic Electricity" - 搜索 Google 圖書