Transcript 課程名稱:電的輸送與用電安全
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課程名稱:
電的輸送與用電安全
編授教師:
中興國中 楊秉鈞
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電的輸送方式
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電的輸送方式
電的輸送方式:
(1)電力輸送過程:發電 輸電 配電 用電
(2)輸電方式:
電廠將電傳送至用戶端時,會先 升高 電壓,然後將電輸送至各
地的變電所降壓,再經由街道電線桿上或地面上的變壓器,將電
壓降至一般家庭或工廠中,提供用戶使用 。
發電廠345KV
輸電
商
業
大
樓
一次變電所161KV
發電
二次變電所
69KV
用電
住家220 / 110V
配電
22 / 11KV
工廠
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台灣電力公司輸電系統流程圖
( Fig From:台灣電力公司網站 )
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電的輸送方式討論
電的輸送方式:
(媒體:1,1’42”)
(3)輸電方式討論:
發電廠:發電的 電功率 固定 P IV
2
P
I
R
電阻
輸電線路:線路長度固定,線路的
固定
發電廠採取 高電壓 、 低電流 方式輸送,以減少輸電線路
上的電能損耗。
P IV IV 反比
V , I
P I R P I
2
I , P
2
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範例解說
1. 發電廠所發出的電能,一般須經由長途的輸送線路,送到各地區的用
戶,因此輸送線路是用電阻很小的銅線製成,以減少電能的損失。若
發電廠所發出的電功率保持一定,且輸送線路符合歐姆定律,則:
當發出電壓變為原來的 2 倍時,則:
1
輸電線路上的電流,將變為原來的 2 倍。
1
輸電線路上的能量損失,將變為原來的
4 倍。
當發出電壓變為原來的 n 倍時,則:
1
輸電線路上的電流,將變為原來的
n 倍。1
2
n 倍。
輸電線路上的能量損失,將變為原來的
P IV V
1
I
反比
提高為2V, 輸出為
1
2
發電廠
I
P I R P I
2
輸出
1
2
2
I 小 , 銅線P為原來之
1
4
用戶端
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變壓器原理
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變壓器:
變壓器
(1)功用:改變(升高或降低)
交流電
電壓的裝置
I
(2)構造:由鐵芯和繞在鐵芯上的兩組線圈組成
原線圈 :輸入交流電的線圈(圈數 N1)
副線圈 :輸出交流電的線圈(圈數 N2)
(3)原理: 電磁感應 和 電流的磁效應 t 圈數 N 電壓 V 。
改變圈數比(>1 或<1),可調節輸出電壓
圈數多的線圈,其電壓 大 。
V1
交
流
電
N1
原線圈
N2
副線圈
V2
V1
N1
V2
N2
輸入電壓
原線圈圈數
V2
(媒體:1,2’59” ;2,9’34” )
N2
N1
輸出電壓
副線圈圈數
V1
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變壓器:
變壓器
[ from:觀念物理 ]
(4)說明例:
N1=1
N2=1
(5)整流變壓器:兼具變壓及整流二種功能
將交流電變成直流電
改變電壓
INPUT:100 ~ 240 V;
OUTPUT:19 V、3.42 A
N1=1
N2=2
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範例解說
1. ( B )曉華利用一整流變壓器來作變壓,若此變壓器輸入端的線圈繞
了10 圈、輸出端的線圈繞了5 圈,當輸入AC、110V、60Hz 的
電源時,則輸出的電壓如何呢?
(A)AC、55V、60Hz
(B) DC、55V、60Hz
(C)DC、220V、30Hz
(D) AC、220V 、120Hz
V1
N1
V1
N1
V2
輸入電壓
N2
原線圈圈數
V2
N2
V 2 55
110
10
V2
5
輸出電壓
副線圈圈數
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配電系統
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配電系統:
配電系統 單相三線
(1)住家配電方式: 單相三線 。
從電線桿上的變壓器接到家庭用戶的導線,共有 三 條:
二 條非接地線和 一 條接地線。
活線 ( 火線 ):非接地線 對地有電壓
中性線 ( 地線 ):接地線(接觸地表) 對地無電壓
活線 A
中性線 C
活線 B
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配電系統 迴路連接
配電系統:
(1)住家配電方式:
迴路連接:
每條活線與中性線間的電位差均為110 伏特
,但兩活線間的電位差則為 220伏特。
110V:連接 活線 A (或B) 及 中性線 C 。
220V:連接 活線 A 及 活線 B 。
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配電系統:
家庭用電配置圖
(1)住家配電方式:
家庭用電配置圖:
驗電筆:
插入插座孔,會亮的孔是 活線 。
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配電系統:
家庭用電配置圖
(2)電源插頭與長短插孔插座:
110 V
二孔插座
活線 A(或 B)
中性線 C
110 V
三孔插座
220 V
三孔插座
活線 A (或 B)
活線 A
中性線 C
220 V 活線 B
接地線
中性線 C
短插孔:接火線,是帶電的
長插孔:接中性線,是不帶電的
類似圓孔:接地線
110 V
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電錶與電費
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電費計算
電費計算:
(1)電力公司以用電戶使用的 電能 多寡為計費依據,單位 度
(2)電費計算:
儀器: 瓦時計 。
電費=使用度數 × 單價
度數
。
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電費計算
電費計算:
(2)電費計算:
度的定義:
1度相當於1000 瓦電器,連續使用1小時所消耗的電能
6
1度= 1 仟瓦小時 的電能= 1 KW h = 3 . 6 10 焦耳。
1 D 1000 W h 1 KWh Pt
1000 3600 3600000 3 . 6 10 J
6
度的求法:
D KW h
E
3 . 6 10
6
E 3 . 6 10 D Pt
6
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範例解說
1.500 W的燈泡,每天使用2小時:
一個月耗電 30 度,電能消耗 1.08×108 焦耳。
承上題,若電費單價每度 2.5元,則電費 75
元。
D KWh 30 0 . 5 2 30 30
E 3 . 6 10 D 3 . 6 10 30 1 . 08 10 J
6
6
8
$ 30 2.5 75
2. ( B )附圖為某商家一天中總消耗電功率與時間的關係圖。假設每度
電的電費為 4元,則該商家這一天用電量的電費約多少元?
(A)300元 (B)400元 (C)500元 (D)600元。
D KWh 2 8 6 8 4 8 96
$ 9 6 4 3 84
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範例解說
3.某學校有50間教室,教室內有 20 盞、100 伏特、40 瓦特的日光燈,則:
若每間教室電燈全開,連續八小時,則:
學校總電源的總電功率為
瓦。
40000
若電費每度 4 元,學校每天的電費為多少錢? 1280
元
P ( 20 40 ) 50 40000 W 40 KW
D KW h 40 8 320
$ 320 4 1280
節約能源,下課每關一盞燈時,下列敘述何者正確? BCDE 。
(A)總電壓減少
(B)總電流減小
(C)總電阻增加
(D)總電功率減少 (E)電費減少
(F)總消耗電能增加
並聯:V 相等、I 相加、R 倒數(越並越小)、P 相加
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範例解說
4.冷氣機甲:110V、1000W,冷氣機乙:220V、1000W,兩臺冷氣機在
額定電壓下正常使用時有何不同?
冷氣機兩端的電壓大小: 甲<乙 。
流經電流大小: 甲>乙 。
使用相同時間下,流經的電量大小: 甲>乙 。
D KW h
冷氣機的電阻大小: 甲<乙 。
D KW
使用相同時間下,消耗的電能大小: 甲=乙 。
使用相同時間下,何者比較省電(費): 甲=乙 。
P I V I 1 V
I甲
I乙
P
1000
V
110
P
1000
V
220
9.1A
Q I t Q I
R
V
2
R V
2
P
4.5A
E Pt E P
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用電安全
Slide 23
短路
短路:
(1)意義:電能由電源傳出,沒有經過電燈消耗就回到電源
(2)短路可能造成的結果:
導線瞬間流經的電流過大,導致過熱而發生 電線走火
使線路上的電器或電池 過熱或損毀
。
甲
甲 燈泡 不亮 。
(短路)
甲
。
乙
甲 燈泡 過熱或損毀 。 電池 過熱 。
(短路)
乙 燈泡 不亮 。
(短路)
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短路:
插頭的電線走火
(3)電線走火:
短路的高電流,其熱效應產生的熱量使電線絕緣外皮熔化,
甚至起火燃燒。
斷路
短路
(媒體:1,1’27”)
Slide 25
用電安全:
安全負載電流
(1)安全負載電流:電線能承受的最大電流量
若超過負載,電線所生熱能使溫度急遽上升而危險
通常越 粗 的導線,安全負載電流越大
用電安全
: I 總電流
I 安全負載電流
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電路安全的保護者
用電安全:
(2)電路安全的保護者:
種類
材質特性
保險絲
無熔絲開關
鉍錫鉛合金
電阻大於銅、熔點小於銅
原理
電流的熱效應
雙金屬或電流的磁效應
使用
串聯
串聯
電流過大時
熔斷 而成斷路
跳脫接點 而成斷路
檢查電流過大原因
電流過大時處理
更換適合之保險絲
注意事項
規格選用
檢查電流過大原因
重新開啟
不得以金屬線替代
I ( 保險絲容許電流)
I ( 安全負載電流)
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保險絲與無熔絲開關
無熔絲開關
電路元件
保險絲
保險絲
電路符號
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家庭用電安全須知
用電安全:
(3)家庭用電注意事項:
安裝正確數值的保險絲或無熔絲開關。不可以其他金屬
線代替保險絲。
身體或站立處潮濕時,不可觸摸電器。
不可在同一插座或延長線連接過多電器。
不可用拉扯電線的方式拔出電器插頭。
使用電器,應依說明書規定,將外殼接地。
電器長時間不使用時,需拔下插頭。
電路與電器避免潮濕與高溫處。
浴室插座分路應加裝漏電斷路器。
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範例解說
1.實驗室的電源110伏特,且所用電線僅能支持50安培的最大電流,今以
標示110V、400W之電爐當熱源如圖所示,試問:
24000 焦耳的電能。
一個電爐使用 1 分鐘,消耗
每一個電爐使用時,有 40/11 安培的電流經過。
若每組使用一個電爐,最多只能供應 13 組做實驗。
請標示出適合串聯保險絲的位置。
E Pt 400 60 24000 J
I
40
n
50
11
n 13 . 75 n 13
P
V
400
110
40
11
A
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範例解說
2. 圖為適用110伏特V的家用電器四種,分別為880W的電鍋、330W的電
熨斗、550W的電爐及220W的冰箱。則:
若同時使用,總電流為 18 安培。
若同時使用,使用 2小時其耗電為 3.96 度。
A 有五種保險絲,保險絲能承受的最大電流量分別為5、10、
15、20、 25安培,則電路可採用而不至熔斷的保險絲有
幾種? (A)2 (B)3 (C)4 (D)5。
D KW h
880 330 550 220
2
1000
3 . 96
I 總電流
P總電功率
V 總電壓
880
330 550 220
110
18 A
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範例解說
3. ( C )電視報導,某鄉鎮因鳥類停在電線上而造成短路,致使很多的用
戶停電。若附圖為電線電路的示意圖,則鳥的兩隻腳可能同時站
在下列哪兩點,而造成短路?
(鳥本身的電阻遠小於電器的電阻)
(A) a、b (B) c、d (C) a、e (D) d、e。
家中電器
電流沒經過鳥
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範例解說
4. ( A )四個相同的燈泡和一電池連接成電路,
如圖,按下開關接成通路後,其中有
幾個燈泡會亮?
(A)1個(B)2個(C)3個(D)4個。
5.小董家中的電器皆使用110 伏特的電源,且各電器之電功率如附表所
示。某天,她使用檯燈10小時、電視5小時、電冰箱3小時,電鍋1小
時,則:
( D )通過下列何種電器的電流最大?
電 器 電功率(瓦特)
( B )通過下列何種電器的總電量最多?
檯 燈
18
( B )她使用的電器中,何者耗費電費最多? 電 視
250
(A)檯燈
(B)電視
電冰箱
300
(C)電冰箱 (D)電鍋
電 鍋
800
P I V
Q I t
Q I t
P
V
t
D KW h
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課程結束
課程名稱:
電的輸送與用電安全
編授教師:
中興國中 楊秉鈞
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電的輸送方式
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電的輸送方式
電的輸送方式:
(1)電力輸送過程:發電 輸電 配電 用電
(2)輸電方式:
電廠將電傳送至用戶端時,會先 升高 電壓,然後將電輸送至各
地的變電所降壓,再經由街道電線桿上或地面上的變壓器,將電
壓降至一般家庭或工廠中,提供用戶使用 。
發電廠345KV
輸電
商
業
大
樓
一次變電所161KV
發電
二次變電所
69KV
用電
住家220 / 110V
配電
22 / 11KV
工廠
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台灣電力公司輸電系統流程圖
( Fig From:台灣電力公司網站 )
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電的輸送方式討論
電的輸送方式:
(媒體:1,1’42”)
(3)輸電方式討論:
發電廠:發電的 電功率 固定 P IV
2
P
I
R
電阻
輸電線路:線路長度固定,線路的
固定
發電廠採取 高電壓 、 低電流 方式輸送,以減少輸電線路
上的電能損耗。
P IV IV 反比
V , I
P I R P I
2
I , P
2
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範例解說
1. 發電廠所發出的電能,一般須經由長途的輸送線路,送到各地區的用
戶,因此輸送線路是用電阻很小的銅線製成,以減少電能的損失。若
發電廠所發出的電功率保持一定,且輸送線路符合歐姆定律,則:
當發出電壓變為原來的 2 倍時,則:
1
輸電線路上的電流,將變為原來的 2 倍。
1
輸電線路上的能量損失,將變為原來的
4 倍。
當發出電壓變為原來的 n 倍時,則:
1
輸電線路上的電流,將變為原來的
n 倍。1
2
n 倍。
輸電線路上的能量損失,將變為原來的
P IV V
1
I
反比
提高為2V, 輸出為
1
2
發電廠
I
P I R P I
2
輸出
1
2
2
I 小 , 銅線P為原來之
1
4
用戶端
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變壓器原理
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變壓器:
變壓器
(1)功用:改變(升高或降低)
交流電
電壓的裝置
I
(2)構造:由鐵芯和繞在鐵芯上的兩組線圈組成
原線圈 :輸入交流電的線圈(圈數 N1)
副線圈 :輸出交流電的線圈(圈數 N2)
(3)原理: 電磁感應 和 電流的磁效應 t 圈數 N 電壓 V 。
改變圈數比(>1 或<1),可調節輸出電壓
圈數多的線圈,其電壓 大 。
V1
交
流
電
N1
原線圈
N2
副線圈
V2
V1
N1
V2
N2
輸入電壓
原線圈圈數
V2
(媒體:1,2’59” ;2,9’34” )
N2
N1
輸出電壓
副線圈圈數
V1
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變壓器:
變壓器
[ from:觀念物理 ]
(4)說明例:
N1=1
N2=1
(5)整流變壓器:兼具變壓及整流二種功能
將交流電變成直流電
改變電壓
INPUT:100 ~ 240 V;
OUTPUT:19 V、3.42 A
N1=1
N2=2
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範例解說
1. ( B )曉華利用一整流變壓器來作變壓,若此變壓器輸入端的線圈繞
了10 圈、輸出端的線圈繞了5 圈,當輸入AC、110V、60Hz 的
電源時,則輸出的電壓如何呢?
(A)AC、55V、60Hz
(B) DC、55V、60Hz
(C)DC、220V、30Hz
(D) AC、220V 、120Hz
V1
N1
V1
N1
V2
輸入電壓
N2
原線圈圈數
V2
N2
V 2 55
110
10
V2
5
輸出電壓
副線圈圈數
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配電系統
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配電系統:
配電系統 單相三線
(1)住家配電方式: 單相三線 。
從電線桿上的變壓器接到家庭用戶的導線,共有 三 條:
二 條非接地線和 一 條接地線。
活線 ( 火線 ):非接地線 對地有電壓
中性線 ( 地線 ):接地線(接觸地表) 對地無電壓
活線 A
中性線 C
活線 B
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配電系統 迴路連接
配電系統:
(1)住家配電方式:
迴路連接:
每條活線與中性線間的電位差均為110 伏特
,但兩活線間的電位差則為 220伏特。
110V:連接 活線 A (或B) 及 中性線 C 。
220V:連接 活線 A 及 活線 B 。
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配電系統:
家庭用電配置圖
(1)住家配電方式:
家庭用電配置圖:
驗電筆:
插入插座孔,會亮的孔是 活線 。
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配電系統:
家庭用電配置圖
(2)電源插頭與長短插孔插座:
110 V
二孔插座
活線 A(或 B)
中性線 C
110 V
三孔插座
220 V
三孔插座
活線 A (或 B)
活線 A
中性線 C
220 V 活線 B
接地線
中性線 C
短插孔:接火線,是帶電的
長插孔:接中性線,是不帶電的
類似圓孔:接地線
110 V
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電錶與電費
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電費計算
電費計算:
(1)電力公司以用電戶使用的 電能 多寡為計費依據,單位 度
(2)電費計算:
儀器: 瓦時計 。
電費=使用度數 × 單價
度數
。
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電費計算
電費計算:
(2)電費計算:
度的定義:
1度相當於1000 瓦電器,連續使用1小時所消耗的電能
6
1度= 1 仟瓦小時 的電能= 1 KW h = 3 . 6 10 焦耳。
1 D 1000 W h 1 KWh Pt
1000 3600 3600000 3 . 6 10 J
6
度的求法:
D KW h
E
3 . 6 10
6
E 3 . 6 10 D Pt
6
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範例解說
1.500 W的燈泡,每天使用2小時:
一個月耗電 30 度,電能消耗 1.08×108 焦耳。
承上題,若電費單價每度 2.5元,則電費 75
元。
D KWh 30 0 . 5 2 30 30
E 3 . 6 10 D 3 . 6 10 30 1 . 08 10 J
6
6
8
$ 30 2.5 75
2. ( B )附圖為某商家一天中總消耗電功率與時間的關係圖。假設每度
電的電費為 4元,則該商家這一天用電量的電費約多少元?
(A)300元 (B)400元 (C)500元 (D)600元。
D KWh 2 8 6 8 4 8 96
$ 9 6 4 3 84
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範例解說
3.某學校有50間教室,教室內有 20 盞、100 伏特、40 瓦特的日光燈,則:
若每間教室電燈全開,連續八小時,則:
學校總電源的總電功率為
瓦。
40000
若電費每度 4 元,學校每天的電費為多少錢? 1280
元
P ( 20 40 ) 50 40000 W 40 KW
D KW h 40 8 320
$ 320 4 1280
節約能源,下課每關一盞燈時,下列敘述何者正確? BCDE 。
(A)總電壓減少
(B)總電流減小
(C)總電阻增加
(D)總電功率減少 (E)電費減少
(F)總消耗電能增加
並聯:V 相等、I 相加、R 倒數(越並越小)、P 相加
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範例解說
4.冷氣機甲:110V、1000W,冷氣機乙:220V、1000W,兩臺冷氣機在
額定電壓下正常使用時有何不同?
冷氣機兩端的電壓大小: 甲<乙 。
流經電流大小: 甲>乙 。
使用相同時間下,流經的電量大小: 甲>乙 。
D KW h
冷氣機的電阻大小: 甲<乙 。
D KW
使用相同時間下,消耗的電能大小: 甲=乙 。
使用相同時間下,何者比較省電(費): 甲=乙 。
P I V I 1 V
I甲
I乙
P
1000
V
110
P
1000
V
220
9.1A
Q I t Q I
R
V
2
R V
2
P
4.5A
E Pt E P
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用電安全
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短路
短路:
(1)意義:電能由電源傳出,沒有經過電燈消耗就回到電源
(2)短路可能造成的結果:
導線瞬間流經的電流過大,導致過熱而發生 電線走火
使線路上的電器或電池 過熱或損毀
。
甲
甲 燈泡 不亮 。
(短路)
甲
。
乙
甲 燈泡 過熱或損毀 。 電池 過熱 。
(短路)
乙 燈泡 不亮 。
(短路)
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短路:
插頭的電線走火
(3)電線走火:
短路的高電流,其熱效應產生的熱量使電線絕緣外皮熔化,
甚至起火燃燒。
斷路
短路
(媒體:1,1’27”)
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用電安全:
安全負載電流
(1)安全負載電流:電線能承受的最大電流量
若超過負載,電線所生熱能使溫度急遽上升而危險
通常越 粗 的導線,安全負載電流越大
用電安全
: I 總電流
I 安全負載電流
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電路安全的保護者
用電安全:
(2)電路安全的保護者:
種類
材質特性
保險絲
無熔絲開關
鉍錫鉛合金
電阻大於銅、熔點小於銅
原理
電流的熱效應
雙金屬或電流的磁效應
使用
串聯
串聯
電流過大時
熔斷 而成斷路
跳脫接點 而成斷路
檢查電流過大原因
電流過大時處理
更換適合之保險絲
注意事項
規格選用
檢查電流過大原因
重新開啟
不得以金屬線替代
I ( 保險絲容許電流)
I ( 安全負載電流)
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保險絲與無熔絲開關
無熔絲開關
電路元件
保險絲
保險絲
電路符號
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家庭用電安全須知
用電安全:
(3)家庭用電注意事項:
安裝正確數值的保險絲或無熔絲開關。不可以其他金屬
線代替保險絲。
身體或站立處潮濕時,不可觸摸電器。
不可在同一插座或延長線連接過多電器。
不可用拉扯電線的方式拔出電器插頭。
使用電器,應依說明書規定,將外殼接地。
電器長時間不使用時,需拔下插頭。
電路與電器避免潮濕與高溫處。
浴室插座分路應加裝漏電斷路器。
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範例解說
1.實驗室的電源110伏特,且所用電線僅能支持50安培的最大電流,今以
標示110V、400W之電爐當熱源如圖所示,試問:
24000 焦耳的電能。
一個電爐使用 1 分鐘,消耗
每一個電爐使用時,有 40/11 安培的電流經過。
若每組使用一個電爐,最多只能供應 13 組做實驗。
請標示出適合串聯保險絲的位置。
E Pt 400 60 24000 J
I
40
n
50
11
n 13 . 75 n 13
P
V
400
110
40
11
A
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範例解說
2. 圖為適用110伏特V的家用電器四種,分別為880W的電鍋、330W的電
熨斗、550W的電爐及220W的冰箱。則:
若同時使用,總電流為 18 安培。
若同時使用,使用 2小時其耗電為 3.96 度。
A 有五種保險絲,保險絲能承受的最大電流量分別為5、10、
15、20、 25安培,則電路可採用而不至熔斷的保險絲有
幾種? (A)2 (B)3 (C)4 (D)5。
D KW h
880 330 550 220
2
1000
3 . 96
I 總電流
P總電功率
V 總電壓
880
330 550 220
110
18 A
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範例解說
3. ( C )電視報導,某鄉鎮因鳥類停在電線上而造成短路,致使很多的用
戶停電。若附圖為電線電路的示意圖,則鳥的兩隻腳可能同時站
在下列哪兩點,而造成短路?
(鳥本身的電阻遠小於電器的電阻)
(A) a、b (B) c、d (C) a、e (D) d、e。
家中電器
電流沒經過鳥
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範例解說
4. ( A )四個相同的燈泡和一電池連接成電路,
如圖,按下開關接成通路後,其中有
幾個燈泡會亮?
(A)1個(B)2個(C)3個(D)4個。
5.小董家中的電器皆使用110 伏特的電源,且各電器之電功率如附表所
示。某天,她使用檯燈10小時、電視5小時、電冰箱3小時,電鍋1小
時,則:
( D )通過下列何種電器的電流最大?
電 器 電功率(瓦特)
( B )通過下列何種電器的總電量最多?
檯 燈
18
( B )她使用的電器中,何者耗費電費最多? 電 視
250
(A)檯燈
(B)電視
電冰箱
300
(C)電冰箱 (D)電鍋
電 鍋
800
P I V
Q I t
Q I t
P
V
t
D KW h
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課程結束