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補充教材(1)~電阻與歐姆定律

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magiccar 發表於 2008-9-26 12:59 | 顯示全部樓層 |閱讀模式
一、何謂電阻?- ?; G  v1 V, B" Y
  「電阻」顧名思義,就是阻礙電流流動的因素。當電阻越大,表示阻礙越大,就會讓電流越難流動。所以在相同電壓的條件下,電阻越大,電流就會越小。 而影響電阻大小的因素有四:
7 s4 o. K, W" z2 C, x# H( U. J, ]. u  s
材 質:# W7 L) y- \- {7 o# V
  不同的材料,對電產生的阻力也不同,在常見的金屬導體中銀和銅算是電阻最小的,而鉻、鎳的電阻則大的多。在常溫的狀態下,所有會導電的材料都有大小不同的電阻喔!
# R- P# }2 ]- S3 o/ K; _1 R. P8 q. @
( f" L$ X/ m7 `2 B長 度:$ n! I) S$ x  c0 Z8 `) L6 W1 N
  當導電的電子,穿過的材料長度增加時,能量的損耗也會增加。就像跑步愈久愈沒體力,慢了下來一樣,阻檔電流的通過也,讓電流變小。所以長度愈長,電的阻力愈大。 ! ^. D( `: M# b- s7 ^: S1 S5 R
- H  @) y: E+ r. {* M( d
截面積:0 ]1 a6 ]6 k5 l. e4 y- y( i: s" E
  當截面積(橫切面積)越大,能夠傳遞電流的電子就愈多,同心協力之下,當然能讓更多的電流流過,電阻就比較小。 : D; |  p' j0 m, D+ G. {8 Q% f

; c% V6 c; c# k* r溫 度:8 E" B0 X3 |9 u% Y& a" m2 ]
  一般的導電材料,當溫度越高時,材料中的電子受到熱能的激勵,會開始不聽使喚,到處亂撞,無法再專心於傳遞電能的工作,而碰撞的結果更讓電流的前進更加不容易,所以當導體的溫度愈高,電阻便會愈大。 6 [3 s9 A0 z) F

% E1 o; G' X% q. m! N- o二、歐姆定律5 ?4 a* D' o7 z& y0 S" w: z7 T6 N
    歐姆定律為歐姆(Georg Simon Ohm l787~1854德國物理學家)於1826年作的實驗,發現了電流(I)和電壓(V)之間成正比。也就是當電壓變成N倍的時候,電流也會變成N倍。但是不同的電阻會讓這個比例常數(除式)有所改變。這個比例常數,就是電阻。此即歐姆定律3 I& |' e: e4 |) X4 Q  x, s: y
       (R=V/I) 或 (V=Ix R): c3 c. {- |2 a) Q6 T
從這個式子我們可以看出,電壓和電流成正比的關係。同時電流電阻成反比。. `. n9 x  o( @3 x' a

# a' l% G. u4 n% l. ~7 ?三、電阻的單位9 G" O+ f" l" b) [0 o' j# q
  電阻的單位稱為歐姆(Ohm)通常記為:Ω。由歐姆定律可界定歐姆之定義如下:若在電阻上施予1伏特的電壓,可得到1安培的電流,就稱這個電阻的大小為1Ω。
1 c4 B5 p- `4 V# q, u( F  a% T: Y$ P. _' X
6 J( n3 i' ~! S4 B! t+ w/ P
謝忠成 發表於 2008-9-28 16:07 | 顯示全部樓層

問題

所以說若在電阻上給二伏特的電壓,就可得到二安培的電流喔?8 w( Q5 m( Z$ O3 S- e
3 X) ?3 _& D' h7 C8 X; Y

! @+ v+ @( R& W
0 M- \! T! M, j9/28               謝忠成5 Q( U- v  Z2 i3 g$ C2 Z& \
6 m* S* ?4 y. G# K5 f
 樓主| magiccar 發表於 2008-9-28 17:08 | 顯示全部樓層
觀念很好!
2 Q+ d9 w" s3 ]2 s ; s, @5 V0 _& w" @+ ~9 o1 p8 Q
給予2V(伏特)的電壓,則可流過2A(安培)的電流,依照歐姆定律
) o' o. t8 L* {. X# ~% b4 v1 b  r: h; I5 \, R5 L" R; T
 V=I*R → 2=2*__ → R=1(Ω)

9 K9 [# m: \( ^7 Z/ }( Y; l
/ i; e2 U- c) z' H所以當
電壓為2V(伏特),但只能流過1A(安培)的電流時,則電阻大小就是2Ω(歐姆)了* a  c( F7 h2 S$ c
3 C: |6 @# I  u$ w% z6 C5 D) G
 V=I*R → 2=1*__ → R=2(
Ω)4 B. d+ ?! J  }. b4 H
# ?' X: O( I2 E( }
這有點難,要慢慢看喔!
$ F3 l' R5 }5 j: X, p  K% s2 L( l4 E  @% B: C5 C
黃佑平 發表於 2008-9-28 18:22 | 顯示全部樓層

老師~老師~

為甚麼在材質上的差別中,電阻會有所不同ㄋ?- Q* G1 M, k! h8 P- a% v
材質影響電阻的因素是什麼呢?' C. M& @2 h: d  R
: J3 x- Q0 f2 q7 I+ C- I$ B
佑平
 樓主| magiccar 發表於 2008-9-28 22:37 | 顯示全部樓層

材質影響電阻的因素是什麼呢?

這個問題問得很好:
& a0 Q) I- d" y5 i) {  }
7 Z; ]0 W0 _2 ?9 R材質跟電阻間的關係,就存在於材質本身的導電率(導電能力)。
% ?: I5 L& M7 e8 z! Q- A# K# f我們知道物質是由原子構成的,而原子的基本結構就是原子核與電子。) A3 E# J5 C' f9 e7 D5 ?+ r; j

4 _/ z% ]& I  r0 ?4 \8 I  X當材質中自由電子(可脫離原子核束縛而到處移動電子)數目越多,就越容易導電;電阻就越小。
& I% c7 _: @( t, Y3 V7 S# \  u/ a3 Y* Z* O0 I* G- S5 @
如果是絕緣體,則電子都被原子核束縛住,所以沒有電流流通的媒介,所以電流就無法通過了。
黃佑平 發表於 2008-9-29 16:30 | 顯示全部樓層

老師~老師~

老師上面說:電流沒有流通的媒介,所電阻就相當相當的大。! M! g! A4 d) o! {5 v6 t- W
也就是說,若是絕緣體的話,電流沒有流通的媒介,就一定都沒有任何電流經過嗎?還是說,還是會有一點點的電流,只是電阻較大而已?8 z. b3 a# h$ T% F0 ~2 I9 y

6 D' F, L# w" x9 S佑平
 樓主| magiccar 發表於 2008-9-29 16:51 | 顯示全部樓層
哈...,問得好!$ d! T6 M7 s" N3 J2 M

( `3 T4 w% {5 A; N) M, ]3 U+ Z為什麼叫做絕緣體,就是沒有辦法讓電流通過,所以我說電阻相當相當大,7 h7 r. @  ]4 O& [4 b
只是個形容。不過,即使是絕緣體,也沒有辦法阻止太高的電位差(兩點電
3 f' s2 Z3 E2 Y9 `: c* `3 k壓的差距)。
1 b) F% d4 j2 q4 I- [3 K1 A8 t: V# \) A8 d8 z/ y
舉例來說:空氣是很好的絕緣體,但如果地面和雲層之間的正負電位差太多,就會產生「閃電」,突破空氣絕緣的限制。
黃佑平 發表於 2008-9-30 07:15 | 顯示全部樓層

老師老師

老師上面說:為什麼叫做絕緣體,就是沒有辦法讓電流通過.; K3 R0 D  T7 l* |+ w7 _% h
老師上面又說:即使是絕緣體,也沒有辦法阻止太高的電位差
: ]$ Z! {7 ?) L( x3 d! j到底是神麼?
 樓主| magiccar 發表於 2008-9-30 09:11 | 顯示全部樓層
”即使是絕緣體,也沒有辦法阻止太高的電位差”,意思就是說:絕緣(防止電流通過)的能力也是有極限的。. w' p8 D7 S* `$ p  ?/ o& s; Y

* J0 O4 c* ^6 C3 S# ]/ P舉例來說:
5 e" V, N1 g/ z. p* `6 t1顆電池的電量沒辦法穿透一張紙,但10000顆電池串聯起來的能量,一張紙就檔不下來了!0 Y( c- C% @; d; K* n
( i5 J5 o4 w% M  `3 x4 k
這樣解釋也許比較容易懂。
黃佑平 發表於 2008-9-30 17:01 | 顯示全部樓層

老師~老師~

也就是說,絕緣體也不能抵擋太陽的電流嚕!
7 b, c- ~6 j5 k& R2 T9 O3 u. I我終於懂了,謝謝老師的回答。
9 j5 y/ p4 E  C, S; T: d1 b5 @) r' J! A3 f# K" K9 p$ R
佑平
蘇庭葦 發表於 2008-10-3 22:19 | 顯示全部樓層

發光二極體的亮度會影響車子的行動嗎?

老師~~~
! o6 ^- ~# f% r& P- s1 K發光二極體的亮度會影響車子的行動嗎?
% H+ \6 e5 J, f* o3 l& y0 ?如果車子行走當中,發光二極體掉了車子' ?# P# p2 q  O5 h3 n
還能走嗎?
 樓主| magiccar 發表於 2008-10-4 00:44 | 顯示全部樓層
原帖由 蘇庭葦 於 2008-10-3 22:19 發表 0 Z6 P- c/ E- J
發光二極體的亮度會影響車子的行動嗎?
) P. Z- Y1 B" l0 [如果車子行走當中,發光二極體掉了車子. ^' {5 W" g9 d
還能走嗎?
( d; T1 v* j# a( i
我們的實驗中,LED是用來當指示燈,只負責顯示電路狀態,所以不會影響車子的行動
蘇庭葦 發表於 2008-10-4 23:39 | 顯示全部樓層
如果伏特有1000那100毆姆的電阻會不會有事。
 樓主| magiccar 發表於 2008-10-5 01:14 | 顯示全部樓層
原帖由 蘇庭葦 於 2008-10-4 23:39 發表
7 l8 k. d* ?! \$ y- w8 C如果伏特有1000那100毆姆的電阻會不會有事。
3 u# C# V- a" u* H6 Z5 p
- n7 z9 H/ D. N
跟據歐姆定律:
: d( Q2 W# `6 Y
- q! f# H. T( x1 v# ~' q7 ]  電壓 除以 電阻 = 電流 (V/R=I)9 K9 A+ J# c# Z5 ^8 d7 k
  =>  1000(V)/100(Ω )=10(A); ~5 [- S3 |, ?1 L
  A:安培,是電流大小的單位名稱,就像M(公尺)是長度大小的名稱。
  [' t  H7 ^, e. J8 S
/ Q, i6 Y. e0 E1 U  Y所以電阻接上1000V電壓,會有10A的電流流過,則該電阻將承受一個很大的能量(功率)
# v! B  M/ e3 Q+ o( B+ U5 F, A8 u3 ?8 y' v" o' Q1 T
  電壓 乘以 電流 = 功率 (V*I=W)
2 Y: P, u% Y( D' i- l( R  =>  1000(V)*10(A)=10000(W)  $ T2 b  p! ~3 e8 P5 [  |
  W:瓦特,是能量大小的單位名稱
+ U5 Y4 f, U' D' K7 @+ j: Q3 ^" v1 h
但我們教材用的電阻,能承受的功率只有1/4=0.25(W)! X/ D! X- y3 q" L1 ^

( F4 j* \7 Z( a5 T4 ]' Z" ?  J5 e6 o  10000W 遠大於 0.25W
% I/ G' M- z6 |' q* l接上去會就一定會馬上燒燬的!
蘇庭葦 發表於 2008-10-4 23:13 | 顯示全部樓層
老師~~~; |+ c$ r! o7 W

2 o  \, H7 B; h4 X7 A6 e把電阻串連在一起,LED會亮的越來越小;$ }7 C$ D7 F9 y. y4 U7 J
把電阻並連在一起,LED會亮的越來越小.$ u, u- @# ^* J, C! d
對嗎?
蘇庭葦 發表於 2008-10-4 23:20 | 顯示全部樓層
老師, k; M2 Q8 f2 ]" [6 m
最大的伏特是多少。
 樓主| magiccar 發表於 2008-10-5 01:21 | 顯示全部樓層
原帖由 蘇庭葦 於 2008-10-4 23:13 發表
, z5 z# F7 L; Y( h/ x8 h老師~~~; I. `3 p9 ?( q& b+ f* d

' L6 }$ X5 l# r8 e把電阻串連在一起,LED會亮的越來越小;
! S' ?# M3 u1 ?* t" {( B把電阻並連在一起,LED會亮的越來越小.
# {. x/ Q, I# G' i, T1 f對嗎?
6 h: K4 W( @" ~) d: {+ J
可以描述一下你說的並聯是如何接呢?
蘇庭葦 發表於 2008-10-5 09:24 | 顯示全部樓層
老師
4 V  T) z, H5 Z2 M2 hLED是半導體嗎?
蘇庭葦 發表於 2008-10-5 08:53 | 顯示全部樓層
並連是電阻的兩端接在一起,9 c$ o* g+ B% v9 n7 [+ H+ I
所以串聯就是電阻的一端接在一起。4 H8 V- [1 R: M
對嗎?老師
 樓主| magiccar 發表於 2008-10-5 10:34 | 顯示全部樓層
原帖由 蘇庭葦 於 2008-10-5 08:53 發表 6 t; r7 t% J3 b" z) ~
並連是電阻的兩端接在一起,! P/ J: e4 i# e+ w, W
所以串聯就是電阻的一端接在一起。
' H  W, n; K9 f6 C1 e; [3 Q# n對嗎?老師
9 y8 Y, l( X. e6 ?4 z
& _" s+ K/ H, ~7 H) @$ _
R_LED串並聯.jpg
) Y7 E! x/ R5 E& W, C4 L
4 Z" Q1 |5 B. M左邊為串聯電路,電阻有降低LED電流的作用,所以LED亮度會受電阻控制。7 D- j& G9 t9 X. K  x( s# |. v
右邊為並聯電路,電阻沒有降低LED電流的作用,所以LED亮度不會受電阻控制。而且還因為直接接到電池,所以還會燒壞LED。
% N* k- y8 q9 u2 s2 n
- `8 `. v* n' ^8 u8 A" Z) m回答樓上的問題:LED也是用半導體材料製成的。
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