電流

電動勢與電流、電阻與歐姆定律、電功率及電流的熱效應、克希何夫定律、電流電壓與電阻的測量

漂移速度

漂移速度 (Drift Velocity)
國立臺灣大學電信所電波組碩士班 林庭毅

我們經常會聽到人家這麼說:電流是正電荷移動所造成的。

或者你想要嚴格一點,告訴大家正電荷不會移動,是電子在動,但是對於一個物理議題的探討而言,如何等效兩個問題並解決其中一種是比較重要的事情,因此今天我們還是先內建這樣的想法:電流是正電荷移動所造成的。

整流器

整流器 (Rectifier)
國立臺灣大學物理學系 陳昱璟

整流器 (Rectifier) 是一種將交流電轉變成直流電的電子設備。廣義上來說,整流器可以有很多種形態,除了由多個電子元件構成的整流電路之外,如固態二極體、真空管二極體等等也可用來整流。

等效電阻

等效電阻 (Equivalent Resistance)
國立臺灣大學物理學系 劉仁宇

在提及等效電阻前先來複習一下甚麼是電阻,電阻一般是符合歐姆定律 $$\frac{V}{I}=$$ 常數的電子元件,例如鎳鉻絲,因此我們令電阻 $$R=\frac{V}{I}$$ 為一隨溫度變化之常數。此外電阻還跟材料特性、形狀有關,如高中所學過的 $$R=\rho\frac{lL}{A}$$,其中 $$\rho$$ 為與物質和溫度相關之常數、L, A 分別為該物質長度和面積。

換向器

換向器 (Commutator)
國立臺灣大學物理系 簡裕峰

換向器是直流馬達與直流發電機中的重要元件,它的功能是為了讓直流馬達與直流發電機可以持續轉動。一般而言,只有直流者需要用到換向器,交流馬達及交流發電機則不需要。最簡單的換向器是由電刷與兩片半圓形的換向環相對組合而成的,因為改變電流方向的需要使換向器長成這種形狀。

3D有趣實驗:鋁箔打火機

3D有趣實驗:鋁箔打火機
國立臺北教育大學自然科學教育系 教學碩士班洪榮典

前言

本實驗利用鋁箔的導電性,配合一般的電池就可以產生火,是個簡單有趣但有些危險的小實驗!

實驗影片

3D有趣實驗:鋁箔打火機,開啟YouTube影片後,若設備允許,可以開啟最高解析度。右下角可以選擇2D或開啟3D。若開啟3D,選項有並排或紅藍等3D效果選項,請依您的設備選取適當格式。

RC電路(RC circuit)

RC電路(RC circuit)
國立臺灣大學物理系 101級 劉仁宇

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圖 1 最簡單的RC電路

RC電路顧名思義是由電阻和電容所組成的電路,最簡單的形式如圖 1,該電容已經充電過,可視為一個電源供應器接上一個電阻,如果未充電過則儲存電荷量 $$Q$$ 為零,甚麼事也不會發生。

由於電路滿足克希何夫定律(Kirchhoff’s law),亦即通過整個迴圈的總電位降為零,故可列式為

$$\displaystyle V=\frac{Q}{C}=IR$$

其中 $$V$$ 為電阻兩端的電壓,$$C$$ 為電容,$$Q$$ 為電容所儲存的電量。

又因為電容的電荷隨時間 $$t$$ 減少產生電流 $$\displaystyle-\frac{dQ}{dt}=I$$

聯立兩式可解得 $$\displaystyle \frac{dQ}{dt}=-\frac{1}{RC}Q$$,

分離變數後積分得 $$\displaystyle Q=Q_0e^{-\frac{t}{RC}}$$,其中 $$Q_0$$ 為一開始電容儲存的電荷量。

LC電路(LC circuit)

LC電路(LC circuit)
國立臺灣大學物理系 101級 劉仁宇

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圖1 最簡單的LC電路

LC電路顧名思義是由電感(inductor)和電容(capacitor)所組成的電路。首先,先介紹最簡單的電路,僅由一個電感和電容所組成,如圖 1。令電容所儲存的電荷量為 $$Q$$、電流為 $$I$$,在整個電路作用的期間可將電容視為一個電源供應器供應電感的電壓,依此列式得

$$\displaystyle V=\frac{Q}{C}=L\frac{dI}{dt}$$

又因為電荷量隨時間的變化量會產生電流,帶入上式後得

$$\displaystyle\frac{d^2Q}{dt^2}=-\frac{Q}{LC}$$

RLC電路(RLC Circuit)

RLC電路(RLC Circuit)
國立臺灣大學物理系 100級 周結

A Brief Introduction to the RLC Circuit

圖(一)的電路是我們要想要了解的典型RLC電路,其中R代表電阻、L代表電感、C代表電容、Vs則代表電壓源。我們想要關心的是,當電壓源的訊號是一個弦波(例如:$$V_0\cos{\omega t}$$),這個電路會展現出什麼特性,這些特性又會有什麼用途呢?

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圖一 來自於參考文獻2 http://paynesnotebook.net/Research/ElectricalCircuits/SeriesRLC/index.html

也許無法避免的,我們需要算一些數學

$$\displaystyle Ri(t)+L\frac{di}{dt}+\int^{\tau=t}_{0} i(\tau)d\tau=V_0\cos{\omega t}$$

上式沒有特別深奧的道理,只是這個電路遵守的克希何夫電壓定律(Kirchhoff’s voltage law)寫出來的樣子。寫下這條式子後,現在我們要做的,就只是找出什麼樣形式的電流 $$i(t)$$ 會滿足這條方程式,並藉此看出RLC電路的特色與用途。然而,解出 $$i(t)$$ 並不是件簡單的事情。

結點定則

「結點定則」又稱「克希何夫結點定則」或「克希何夫電流定律」,是德國物理學家克希何夫於1847年發表的電路定律,與另一個同樣是他提出並以他命名的「克希何夫迴路定則」或「克希何夫電壓定律」,一同對電路理論產生極為重要的影響。 「結點定則」是用來分析多迴路電路的基礎定則,其內容為:所有進入某一(任一)結點電流量的總和等於離開此結點電流量的總和。舉例而言,圖一的電路中有兩個結點b與d,我們想問:連接這兩個結點的三條分支(bad、bcd、bd)各自的電流量為何?
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