電荷
電荷 (electric charge): 物質的一種物理性質, 帶有電荷的物質為「帶電物質」.
電荷分為「正電荷」與「負電荷」, 帶有正電荷的物質稱為「帶正電」; 帶有負電荷的物質稱為「帶負電」.
假若兩個物質都帶有正電或都帶有負電, 則稱這兩個物質「同電性」, 否則稱這兩個物質「異電性」.
兩個「同電性」物質會相互感受到對方施加的排斥力; 兩個「異電性」物質會相互感受到對方施加的吸引力.
電場
電場是存在於電荷周圍能傳遞電荷與電荷之間交互作用的物理場.
電場力是當電荷置於電場中所受到的作用力.
電流
電流 (current): 電荷的流動.
電流的大小稱為電流強度, 是指單位時間內通過導線某一截面的電荷, 每秒通過 1 庫侖的電荷量 (6.24146*10^18 個電子) 稱為 1 安培.
大自然有很多種承載電荷的載子, 例如, 導電體內可移動的電子、電解液內的離子, 這些載子的移動, 形成了電流.
給予一個直流的電壓源 (例如, 電池), 當連接一根導線於它的兩個接頭時, 電壓源會施加電場於整個導線. 在連接動作完成的同時, 導線的自由電子會感受到電場力, 因而往正極接頭漂移.
對於穩定的電流, 電流量 I = Q / t
其中, Q 是電荷數, t 是時間.
電壓
電壓 (voltage): 又稱作電位差, 是衡量單位電荷在靜電場中由於電位不同所產生的能量差的物理量. 概念與水位高低所造成的「水壓」相似.
電池
電池 (battery): 一般狹義上的定義是將本身儲存的化學能轉成電能的裝置, 廣義的定義為將預先儲存起的能量轉化為可供外用電能的裝置.
電阻
電阻 (resistance): 一個物體對於電流通過的阻礙能力.
R = V / I
其中 V 為物體兩端的電壓, I 為通過物體的電流.
電路
電路 (electric circuit): 由電子元件組成, 以導線連接，使得電荷可以在其中移動.
克希荷夫電路定律
克希荷夫電流定律 (克希荷夫第一定律): 所有進入某節點的電流的總和等於所有離開這節點的電流的總和. 從電荷守恆定律可以推導出這條定律.以下圖電路而言, 電池輸出 10V (E, F 點之間的電壓為 10V), 形成 10V 的電位差及電場, 驅使正電荷由電池的正極流經導線及燈泡 LS0, 抵達電池的負極.
克希荷夫電壓定律 (克希荷夫第二定律): 沿著閉合迴路所有元件兩端的電壓差的總和等於零.
根據克希荷夫電壓定律, 燈泡兩端 (A, B 點) 之間的電壓為 10V.
燈泡 LS0 電阻為 2Ω, 因此流經燈泡 LS0 的電流為 10V / 2Ω = 5A.
串聯電路
串聯電路: 幾個電路元件沿著單一路徑互相連接, 每個連接點最多只連接兩個元件, 此種連接方式稱為串聯, 以串聯方式連接的電路稱為串聯電路.
從串聯電路的電源輸出的電流等於通過每個元件的電流 (電荷守恆定律), 輸出的電壓等於每個元件兩端的電壓的總和 (克希荷夫電壓定律).
以下圖電路而言, 電池輸出 10V (E, F 點之間的電壓為 10V).
兩個燈泡 (LS1, LS2) 串聯, 兩個燈泡電阻相同, 因此各個燈泡端點之間的電壓為 10V / 2 = 5V.
電路上的電流為 10V / (2Ω + 2Ω) = 2.5A, 流經各個燈泡的電流為 5V / 2Ω = 2.5A. 和燈泡 LS0 (流經 LS0 的電流為 5A) 相比, 燈泡 LS1, LS2 的亮度較暗.
如果任何一個燈泡燒壞, 形成斷路, 使得另一個燈泡也不會發亮.
以下圖電路而言, 兩個電池串聯, 輸出 10V + 10V = 20V.
兩個燈泡 (LS3, LS4) 串聯, 兩個燈泡電阻相同, 因此各個燈泡端點之間的電壓為 20V / 2 = 10V.
電路上的電流為 20V / (2Ω + 2Ω) = 5A, 流經各個燈泡的電流為 10V / 2Ω = 5A.
流經燈泡 LS3, LS4 的電流 (5A) 比流經燈泡 LS1, LS2 的電流 (2.5A) 高, 因此燈泡 LS3, LS4 的亮度比燈泡 LS1, LS2 的亮度高. 可得知, 電池串聯和單個電池相比, 燈泡亮度變亮.
並聯電路
並聯電路: 幾個電路元件的兩端分別連接於兩個節點, 此種連接方式稱為並聯, 以並聯方式連接的電路稱為並聯電路.
從並聯電路的電源輸出的電流等於通過每個元件的電流的總和 (克希荷夫電流定律), 輸出的電壓等於每個元件兩端的電壓 (克希荷夫電壓定律).
以下圖電路而言, 電池輸出 10V (E, F 點之間的電壓為 10V).
兩個燈泡並聯, 各個燈泡兩端的電壓皆為 10V (A, B 點之間的電壓為 10V; C, D 點之間的電壓為 10V).
流經各個燈泡的電流為 10V / 2Ω = 5A.
流經燈泡 LS5, LS6 的電流 (5A) 比流經燈泡 LS1, LS2 的電流 (2.5A) 高, 因此燈泡並聯 (LS5, LS6) 的亮度比燈泡串聯 (LS1, LS2) 的亮度高.
根據克希荷夫電流定律, 電池輸出的電流為 5A + 5A = 10A.
如果其中一個燈泡, 舉例來說, 燈泡 LS6 燒掉, 流經燈泡 LS5 的電流仍為 10V / 2Ω = 5A, 亮度不變, 電池輸出的電流則降低為 5A.
以下圖電路而言, 2 電池並聯, 輸出 10V (A, B 點之間的電壓為 10V).
兩個燈泡並聯, 各個燈泡兩端的電壓皆為 10V (A, B 點之間的電壓為 10V; C, D 點之間的電壓為 10V).
流經各個燈泡的電流為 10V / 2Ω = 5A.
根據克希荷夫電流定律, 電池輸出的電流為 (5A + 5A) / 2 = 5A.
和前一個電路相比可得知, 單一電池和兩電池並聯相比, 兩者輸出的電壓是相同的, 而兩電池並聯時, 各別電池輸出的電流減半.
以上電路圖使用 Scheme-it 繪製.
