在搭捷運的時候 放眼望去 大家人手一支手機 手機變成所有人不可或缺的工具 但是手機是怎麼設計出來的？ 我們可以把手機想像為縮小的電腦 那電腦當初是如何製作出來的？ 在資訊課中 我們知道1和0構成電腦的運算 可以想成兩種情形 即電路上有無電流的情形 而越龐大的運算 就有越複雜的電路 如畫面所示 這是電子設備中常見的電路板 那麼面對如此複雜的電路 該如何瞭解？ 那我們就得從最基本的電路學開始學習 在國中階段所學到的電路學 是最簡單的電路模型 在一個封閉的迴路下 具有提供電荷能量的電源 轉換電荷能量的電子元件 如電阻、燈泡、還有傳輸能量的導線……等等 並利用熟稔的電路公式V等於IR 來計算封閉迴路上的電流與電壓 針對單一電子元件 V代表兩端電位差 也可以稱作電壓 R是電子元件的電阻 I則是通過電子元件的電流 我們也可以計算 電源所提供的電流與電功率 那麼V就是電動勢 或稱作電壓 R為整體電路的等效電阻 I為電源所提供之電流 且電源所提供電功率P 為IV的乘積 根據能量守恆定律 電源所提供的電功率 與電阻所消耗的總功率相等 若電子迴路變得更複雜 我們可以利用等效電阻的概念 來簡化問題 也就是將電阻串聯或並聯後 計算出等效電阻 待電路上數個電阻 簡化為1個等效電阻時 即可以使用V等於IR進行計算 例如：畫面中所提及的串聯電路 須先將兩電路串聯後的等效電阻計算出來 其値為5歐姆 而電源提供15伏特的電動勢 或稱作15伏特的電壓 帶入式子後 計算得出電路上的電流為3安培 接著 也可以計算出各電阻上的電位差 電阻a兩端的電位差為6伏特 電阻b兩端的電位差為9伏特 合計電位差值 與電池提供的電動勢相等 若改為並聯 等效電阻則為1.2歐姆 這是以前常用的方式 但是 如果遇到了兩個以上的電源 其情形有可能是供電 也可能是充電 或者電流方向不確定時 我們該怎麼處理呢？ 在介紹電流的特性時 我們常常將電流類比成水流 電源提供電動勢 或是電壓 功能類似於「幫浦」 將低水位的水流抬升至高水位 較大型的幫浦 能夠將水位抬升到更高的水位 水流在流下來的時候 就有較大的能量 對應到較大電動勢的電源 可提供電荷較大的能量 而水車的部分 就是電路中的電子元件 水車可以將水流的動能 轉換成水車的動能 藉此可再轉換成其他形式的能量 同樣道理 電子元件亦可以將電流中的能量 轉換成其他形式的能量 如光能、熱能…… 那我們觀察看看 水流在分岔點 會發生什麼事呢？ 對於這一分岔點來說 單位時間流進來的水量 會與單位時間流出去的水量相同 並沒有在這個分岔點累積多餘的水量 德國物理學家克希荷夫 在1847年 把這樣的想法應用到電路學中 將上述的水流替換成電流 對於分岔點來說 也不會在此累積電荷 將水流替換成電流 其定律內容即為 「在封閉迴路的某一節點 其流入的總電流 等於流出的總電流」 所以我們可以利用這樣的特性 列出如「sigma流入電流等於sigma流出電流」的式子 克希荷夫將此定律 稱之為「電流定律」 又稱「節點定則」 其物理意義為：電荷守恆定律 「單位時間流入節點的電荷量等於流出的電荷量」 以這個電路為例 假設電壓為22伏特與2伏特的電池 皆為提供能量之電源 接著標示各電路的電流與方向 流經X電阻的電流為IX Y電阻的電流為IY Z電阻的電流為IZ 以A節點來說 可以表示為 IY 等於 IX 加 IZ 咦？有沒有一種可能 我們一開始的假設是錯誤的 也就是 有沒有可能2伏特的電源 是處於充電的情形？ 在下一段影片中 我們還會繼續介紹 克希荷夫所提出的第二定律 「電壓定律」 即可完整計算出各電子元件的電流與電壓 若計算出來的結果 電流是負的 代表著一開始假設的電流方向有誤 即使正確的電流方向與假設的方向相反 卻不會影響電流定律的正確性 而對於電源來說 以此題為例 若電流方向相反 IX的電流方向由A流到B 則2伏特電源在補充能量 也就是電池在充電 若IX的電流方向 由B流到A 則電源在提供能量 也就是電池放電中 我們來思考一下這個問題 讓我們來總結一下這支影片的學習內容 克希荷夫定律 又稱「電流定律」或是「節點定則」 指的是在封閉迴路的某一節點流入的總電流 等於其流出的總電流 克希荷夫定律的物理意義為「電荷守恆定律」 若計算後得到負電流 則表示實際電流方向與原假設方向相反 在過去處理電路學問題 慣用的方法是V等於IR 我們在此定律處理了電流的性質 克希荷夫所提出的第二定律 又稱為「電壓定律」 有可能和哪一個守恆律有關呢？ 在國中階段我們曾學習過「功率」 電子元件功率可以表示成： P等於IV 等於I平方R 等於R分之V平方 這樣大家想到「電壓定律」 是描述哪一個守恆律了嗎 歡迎在底下留言分享你的想法 我們下次見囉 bye bye