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電磁 標題:電路基本問題
1:或知或不知榮譽點數45點 (大學理工科系)張貼:2011-12-28 22:59:38:
請問各位:
1.電路外接一個電線,為何一定要形成迴路才會有電流呢?
例如:電池放在地上,不會有電流,因為地板和電池沒有構成迴路。
2.理想電線是指電阻為0的電線,既然電阻為零,那麼電線兩端的電壓(電位差)不就是零嗎?
那為何還會有電流流過??


我的想法(我只對1有想法,2實在是毫無頭緒)段考完再分享,希望大家可以先分享自己的
2:BeeGees榮譽點數61點 (高中職)張貼:2011-12-29 06:16:14: [回應上一篇]

Quote:
在 2011-12-28 22:59:38, 或知或不知 寫了: 2.理想電線是指電阻為0的電線,既然電阻為零,那麼電線兩端的電壓(電位差)不就是零嗎? 那為何還會有電流流過?? 

這並不違反歐姆定律。

V=IR
當V=0、R=0,I可以≠0

想像有一具人造衛星,在無大氣的星球上繞行,衛星可以在沒有位能差的軌道上繞個不停,長年累月幾乎沒有什麼偏離。

衛星運動時,需要的只是慣性(或者說動能),不一定需要重力位差,也不一定要消耗重力位能。


3:黃福坤(研究所)張貼:2011-12-29 16:53:33: [回應第1篇]

Quote:

在 2011-12-28 22:59:38, 或知或不知 寫了:
請問各位:
1.電路外接一個電線,為何一定要形成迴路才會有電流呢?
例如:電池放在地上,不會有電流,因為地板和電池沒有構成迴路。


所謂電流 需要能導電的粒子流動.
導體內有電子可流動 但是電子很難脫離導體 因此導體需形成迴路 電子才能導通
例如電子很難從 導線中 跳出到空間中 然後再進入導體內
(光電效應就是如此 但是相對電流量極小)

Quote:
2.理想電線是指電阻為0的電線,既然電阻為零,那麼電線兩端的電壓(電位差)不就是零嗎?
那為何還會有電流流過??


我的想法(我只對1有想法,2實在是毫無頭緒)段考完再分享,希望大家可以先分享自己的


電池兩端 均接上導線 此兩導線兩端 電壓確實幾乎是零(等電位)
若兩導線之間 沒有任何電阻或導體 也不會有電流
需要此兩導線之間 接上電阻或其他元件 才會有電流通過元件

建議你先思考 電壓 電流 等基本的定義與物理意義!

4:或知或不知榮譽點數45點 (大學理工科系)張貼:2011-12-30 22:26:28: [回應上一篇]
1.
所謂電流 需要能導電的粒子流動.
導體內有電子可流動 但是電子很難脫離導體 因此導體需形成迴路 電子才能導通

這個回答有點奇怪
地球也可近似為一個導體。單邊接地時,就算有電流流入地板,不也是在導體內?
所以何謂"脫離導體"?為何形成迴路就可以"脫離導體"?

我想一定要形成迴路才會有電流的原因是不是跟電中性有關?
電池和電線都是電中性,故之間沒有庫倫力作用。又接單邊時,兩者等位(如果都是電中性就不會有電賀平衡的問題了),故沒有電動勢施加於電子上,因此不會流動?



2.
我目前的想法是:電位所以還是會有電流流過。的基本定義為:將單位電荷移動時電力所做的功。因此若電阻為零,代表不需要消耗能量在運輸電子上。
我們老師的想法:電池端電壓用於兩個用途:
1.運送電子
2.電器消耗
因此電阻為零代表1、2均為零,因此不會損耗能量(這也是超導搶手的原因??)

若兩導線之間 沒有任何電阻或導體 也不會有電流


可是,導線的兩端不是仍有電位差?為何不流動呢?(物體的運動在無外力情形下,總是往維持狀態所需能量較低處移動?)



5:黃福坤(研究所)張貼:2011-12-30 23:47:50: [回應上一篇]
Quote:
為何形成迴路就可以"脫離導體"?


我並沒說 形成迴路 就可以脫離導體 而是形成迴路 就可以從導體迴路中導通
斷路時 電荷無法跑出導體 讓電荷持續流動
水管的水可以很輕易從開口流出去
可是導線內的電子很難脫離導線 流出去


Quote:
若兩導線之間 沒有任何電阻或導體 也不會有電流


指的是 電路沒有形成 電流迴路

沒有形成電流迴路時 電荷流到導線 中斷端 會累積於該端 於是電位會升高 直到和電源等電位
電荷無法繼續導通



6:BeeGees榮譽點數61點 (高中職)張貼:2011-12-31 09:14:37: [回應第4篇]

Quote:
在 2011-12-30 22:26:28, 或知或不知 寫了:
我們老師的想法:電池端電壓用於兩個用途:
1.運送電子
2.電器消耗
因此電阻為零代表1、2均為零,因此不會損耗能量(這也是超導搶手的原因??)

這段話我重複看了四、五次,還是不明白究竟是什麼意思。

為什麼「2.電器消耗」亦為零呢?是指不接電器,所以不產生電壓降嗎?

整段話的意思是不是說:即使你用超導線連接電池兩端,使其短路,仍不會有任何功率損耗?

還是另有所指?


7:或知或不知榮譽點數45點 (大學理工科系)張貼:2011-12-31 17:40:05: [回應上一篇]
真抱歉  話講一半就停
意思是:若電線有電阻可視為電器,也會消耗電壓。但今天電阻為零,故可視為不消耗電壓的電器

整段話的意思是不是說:即使你用超導線連接電池兩端,使其短路,仍不會有任何必v損耗

我個人的意思是這樣沒錯(如果電池內電阻為零這句話才成立)




Quote:

在 2011-12-30 23:47:50, 黃福坤 寫了:

指的是 電路沒有形成 電流迴路

沒有形成電流迴路時 電荷流到導線 中斷端 會累積於該端 於是電位會升高 直到和電源等電位
電荷無法繼續導通






意思是說,會有一些電子離開電池嗎?
那我是不是可以接一段電線,等一段時間再拿下來。然後再拿一條新的重複此動作,再一條新的...........最後電池的電子不都跑光了嗎??!!

8:BeeGees榮譽點數61點 (高中職)張貼:2011-12-31 19:26:56: [回應上一篇]


Quote:
我個人的意思是這樣沒錯(如果電池內電阻為零這句話才成立)

且不管這種接法會不會破壞導線的超導狀態,你想這樣對電源(電池或發電機)會有什麼影響?

不管超導不超導,以下的陳述大概總是成立的:

外電路的阻抗愈小,電源的功率消耗愈大。

Quote:
在 2011-12-31 17:40:05, 或知或不知 寫了: 意思是說,會有一些電子離開電池嗎?
那我是不是可以接一段電線,等一段時間再拿下來。然後再拿一條新的重複此動作,再一條新的...........最後電池的電子不都跑光了嗎??!!

想想看你所重複的動作,像不像給一個個電容器充電?


9:或知或不知榮譽點數45點 (大學理工科系)張貼:2012-01-01 17:50:19: [回應上一篇]
所以超導的目的是為了達到發電機的最大功率囉?

如果把電線視為電容器,的確很像
那以下的問題又如何:
一個迴圈中,有一條電線支流是接地的,但是電池和地球並沒有形成迴圈。
這樣電池不就對地球充電?(因為地球可近似為電中性體,電位為零)

地球那麼大,電池不就把他的電子都消耗完了??



延伸一個問題:
迴圈中如果外接一條電線(不和電池形成迴路),那麼電流不會流經那條電線。
以上的現象之原因是否如同對電容充電??
所以電子並不是一開始就不走那條路,而是把那條路充飽了所以不走??



10:黃福坤(研究所)張貼:2012-01-01 22:38:20: [回應上一篇]
看不懂你所描述得情境 建議繪圖後上傳


11:loge榮譽點數126點 (研究所)張貼:2012-01-02 15:38:50: [回應第9篇]

Quote:
在 2012-01-01 17:50:19, 或知或不知 寫了: 所以超導的目的是為了達一個迴圈中,有一條電線支流是接地的,但是電池和地球並沒有形成迴圈。
這樣電池不就對地球充電?(因為地球可近似為電中性體,電位為零)

地球那麼大,電池不就把他的電子都消耗完了??


你的意思是只有電池一端接地吧?

如果電池是一個裡面積了很多電子的導體是會照你說的這樣沒錯

電子會全部流失 (就像電器接地 電子會跑到地球)

 但是電池內部原理是那樣嗎?電池要怎樣才會反應產生電子?

你需要去看一下電池內部構造再思考~


12:或知或不知榮譽點數45點 (大學理工科系)張貼:2012-01-02 23:23:31: [回應上一篇]
情境如下圖,我會在這周末再回復





13:黃福坤(研究所)張貼:2012-01-03 01:15:45: [回應上一篇]
1.左邊的圖 並沒有形成迴路
你說 負極的電荷 會流到 地球上 理由為何?

負極只是和接地處等電位 兩者之間沒有電位差 為何電賀會流到地球上???

2. 右邊的圖 沒有任何負載 已經是短路
請畫一個正確的電路圖 再討論會比較有意義!

例如 一個 1.5V乾電池 表示正極和負極之間有電位差 1.5伏特
若將負極接地 則正極相當於 1.5V的電壓源
若將正極接地 則負極相當於-1.5V的電源

接地處只是提供零電位的參考點 沒有形成迴路 不會有直流電流產生



14:或知或不知榮譽點數45點 (大學理工科系)張貼:2012-01-03 22:59:37: [回應上一篇]

還是趕快解決問題比較好

圖片重新修改如上

1.電池的電不會流到地球是因為沒有形成迴路,沒有形成迴路的成因是等電位,等電位的原因是因為
可以把地球視為一個電容,他會被充電直到等電位??

這個問題不是蠻像電池接一條沒有形成迴路的導線嗎?
只是今天導線換成了地球
老師你不是說:
[quote]
沒有形成電流迴路時 電荷流到導線 中斷端 會累積於該端 於是電位會升高 直到和電源等電位
電荷無法繼續導通
[\quote]
所以同樣的,電池的電荷也會流出直到兩者等電位不是嗎?

還是原因出在電池的內部構造,他的發電原理是化學反應
可是為何只要有形成迴路,且不短路,就會發生化學反應?
這原因不就是因為電池本身有電位差?
為何又會跟內部結構有關?

2.右側圖,不流入地表是因為導線和地球等電位。
但是理想導線,不是只要中間沒有電阻,都視為等位點(如下圖)
等位
上圖中,AC間沒有電阻,故AC等位。但是它仍然有電流流過!!
AB也是等位,卻沒有電流流過,可見
等位與否並不是會不會有電流流過的原因
所以我才會感到疑惑

請指教,謝謝



 


[ 這篇文章被編輯過: 或知或不知 在 2012-01-03 23:04:57 ]
15:黃福坤(研究所)張貼:2012-01-04 00:31:50: [回應上一篇]
關於 電池 的相關原理 建議可閱覽相關資料
 以上搜尋 輸入電池 也可找到本網站相關網頁

以上迴路的電容值 是很小的 只要很少量的電量變化(且時間很短 )
 就足以讓其電位和地球等電位
也就是導線上表面會有微量的表面電荷 (但也是這些表面電荷讓電場沿著導線方向變化)


以上所謂很少量的電量 與時間很短 都是一般實驗無法測出的量

以上討論的可是直流電 因此需要形成迴路 才可能達到穩定平衡狀態
(交流電則可通過電容 --也就是對直流而言是斷路的電容兩端)

對應邏輯推理 P 則 Q 為真  僅可推論 -Q 則 -P
不可推論 -P 則 -Q (建議你參考基本邏輯推理書籍)

導線兩端有電位差(P)  則 會有電流從導線兩端通過(Q)
可推論
若沒有電流從導線兩端通過(-Q) 則導線兩端沒有電位差 (-P)
但不能推論 導線兩端沒有電位差(-P) 則 沒有電流從導線通過 (-Q)

好比  我哥哥(P) 載手錶(Q)的敘述 若為真
   僅可推論  沒戴手錶(-Q)的不是我哥哥(-P)
但不見得能推論 不是我哥哥(-P) 則沒戴手錶(-Q)
以上是一般人常出現的可能錯誤推理







16:loge榮譽點數126點 (研究所)張貼:2012-01-04 09:22:27: [回應第14篇]

Quote:
在 2012-01-03 22:59:37, 或知或不知 寫了: 還是趕快解決問題比較好
還是原因出在電池的內部構造,他的發電原理是化學反應
可是為何只要有形成迴路,且不短路,就會發生化學反應?
這原因不就是因為電池本身有電位差?
為何又會跟內部結構有關?
 

我說的內部構造不是要說到化學反應那麼複雜

電池一般是化學反應沒錯 但是電容也是一種電池

你可以把電池想成一端有很多正電另一端有很多負電的電容

你在畫圖的時候都把另一端的電賀忽略了 所以才會出現疑問

重點在 :" 負電想要離開 對面的正電也要對應的減少 "


17:或知或不知榮譽點數45點 (大學理工科系)張貼:2012-01-06 22:11:15: [回應第15篇]
謝謝指導

另外,不知道老師是否有看清楚我的話
AB也是等位,卻沒有電流流過,可見
等位與否並不是會不會有電流流過的原因

我的意思是
「並不是...的原因」
所以不是
「電位相等就沒有電流流過」

18:黃福坤(研究所)張貼:2012-01-06 22:21:35: [回應上一篇]
很抱歉 沒看清楚你的留言
在此說聲 對不起!

19:或知或不知榮譽點數45點 (大學理工科系)張貼:2012-01-07 19:32:15: [回應第16篇]
為何要相對應的減少?
是為了維持電中性?
可否敘述清楚

如果正負電荷要同時減少,只能藉由導線流走,兩者流的量是一樣的,因此抵銷了??
不知道你的推理是不是如此??

謝謝
-------------------------------------
謝謝教授的回應
難免會犯一點點小錯誤嘛!
-------------------------------------
20:BeeGees榮譽點數61點 (高中職)張貼:2012-01-09 19:40:09: [回應上一篇]

這或許是因為,電容器儲能時,不僅須考慮正電荷與負電荷的數量,也與正負電荷之間的距離、正負電荷之間的介質有關。

當負電荷朝著遠離正電荷的方向移動時,需要能量,所需的能量從何而來?

如果把正電荷比為牛郎,把負電荷比為織女,把導體比為鵲橋,那麼只有通往兩者的鵲橋,才能令牛郎織女相會。倘若鵲橋是讓牛郎織女更遠離,鵲橋(導體)是起不了什麼作用的。


21:keat榮譽點數20點 (大學)張貼:2012-01-10 14:29:41: [回應第14篇]

 我的想法是:
電池的正極經由A-B導線與大地相接,因大地是導體,所以此時大地與電池的正極同電位。
若此時電池的負極與大地間並無任何物體相接,那兩者間最常接觸的就是空氣了。而空氣相較於導線而言,可視為絕緣體。因絕緣體可提供的自由電子過少,電荷在絕緣體內不容易移動,所以電荷只能分佈於導體表面上。
以此圖而言,正電荷分佈於大地表面,而負電荷則分佈於電池負極的金屬面上。電荷雖不易於絕緣體內移動,但兩造導體端所分佈的異性電荷仍能透過絕緣體相互感應,此兩異性電荷很想接近,卻又很難接近的那種遙遙相望感覺,確實如牛郎織女般的無奈,但也譜成了曠世佳話「電場」。

因此圖的大地帶電池的正電,所以電場方向是從大地端往電池的負極端跑。因兩導體上的電荷並非只是本身所有,而是用電池當電壓源供應的,累積的電荷數越多,電力線越密集,電場強度越大,最後終於產生了與電池本身相同電位的電場。
在此兩導體間形成電場的初期,需由電池供應電荷,所以若以微觀角度而言,A-B兩點在導線連結的初期,仍會有電流通過。等到大地與電池的負極間累積了與電池本身相同電位的電荷數後,電池就不再供應電荷了,故常態下A-B導線間無電流通過。

我是把大地表面,與電池負極金屬面,想像成如同電容般會累積電荷的兩極板,而加以分析。因其不是刻意放置的電容器,就尚且稱它為「雜散電容」吧。
此電容可儲存的電量甚小,要充飽它太容易了,且不易察覺它的存在,所以在不影響電路安全及正常運作下,就放過它吧!
但若將電壓源換成是交流電時,因電容器在交流電下可視作導體,所以此時A-B導線就不敢保證一定沒有電流通過了。

錯誤之處請教授及前輩指正! 


22:loge榮譽點數126點 (研究所)張貼:2012-01-11 09:53:22: [回應第19篇]

因為對面的正電沒減少的話 負電是沒辦法離開的

你可以想一下在充電時 一個負電感應出對面的正電(電容兩端各畫一顆就好)

這時對面的正電隨時可以 "離開"嗎?(其實正電不會動 事實上是被電子填補)當然不行 因為對面的負電會影響 他會拉住正電(實際上是排斥其他電子去填補)

所以你要讓電池放電

除了將負級接地 也同時需要供應負電給正極

這樣就會放電了 ( 無論是否封閉 )

也就是說能夠同時達到 "供應負電給正極"和"供應正電給負極 " 這樣電池就會放電 而封閉的通路是其中一種達到的方式

Quote:
在 2012-01-07 19:32:15, 或知或不知 寫了: 為何要相對應的減少? 是為了維持電中性? 可否敘述清楚 如果正負電荷要同時減少,只能藉由導線流走,兩者流的量是一樣的,因此抵銷了?? 不知道你的推理是不是如此?? 謝謝 ------------------------------------- 謝謝教授的回應難免會犯一點點小錯誤嘛! -------------------------------------


23:loge榮譽點數126點 (研究所)張貼:2012-01-15 00:47:43: [回應上一篇]

實際上電池構造更是這樣

複習一下化學教過的電池

如果只有某亦即一直在反應

電解液裡面會充滿某種電赫的離子

會影響正逆反應速率

剩下的你們自己討論了


24:或知或不知榮譽點數45點 (大學理工科系)張貼:2012-01-22 00:18:13: [回應第21篇]
抱歉,學測結束才回復


還請指教:
為何
Quote:

此電容可儲存的電量甚小,要充飽它太容易了



可否解釋?

地球如此之大 改變其電容應該困難吧?(所吸收的電子只是冰山一角)
25:黃福坤(研究所)張貼:2012-01-22 08:51:33: [回應上一篇]
電容為何會被改變
是電容相對很大(算一下 然後和一般電容比較一下) 相對一點點的電量 對其電位影響不大!
或估算電容後 計算要改變1V 需要多少電量!





26:good90307(國中)張貼:2012-01-22 13:34:52: [回應第1篇]
關於第二題 有幾個想法可供原PO參考
亦即數學上 0/0 不定型的概念
這個概念可以應用到這個問題上
當電位差為0 電阻為0時  電流實際上可以為任意數
可以是零 也可以是1
端看導線上電器的電阻而定
簡言之 原PO第二個問題是不成立的,因為並沒有說導線上有任何電器
因此並沒有電流



如果原PO所畫的圖中AB端指的是接地的話
那麼AC是不會有電流流過的

我們知道R=pL/A 其中p為常數
以地球而言 可視截面積為無限大
故地球的電阻為零

接地 某種意義上而言
就是一種短路
因為電流走的就是電阻最低的路徑
故電流為走向AB端
而這跟AC間的電位差為零並沒有衝突
因為本來就沒有電流



27:或知或不知榮譽點數45點 (大學理工科系)張貼:2012-01-28 10:34:01: [回應第25篇]
不知道是不是我誤會了

充電的過程是否改變電容?

因為上面的人說
"要充飽它實在太容易了"

但是地球的電容又大的不得了
要充飽它怎麼會容易??
28:黃福坤(研究所)張貼:2012-01-28 11:16:52: [回應上一篇]
Quote:

我是把大地表面,與電池負極金屬面,想像成如同電容般會累積電荷的兩極板,而加以分析。因其不是刻意放置的電容器,就尚且稱它為「雜散電容」吧。
此電容可儲存的電量甚小,要充飽它太容易了



當初回應的人 指的是 電池負極金屬面 與大地之間的電容 ,而不是地球本身的電容
誤會大了!



29:或知或不知榮譽點數45點 (大學理工科系)張貼:2012-01-29 11:17:58: [回應上一篇]
哇!
非常抱歉

那這樣一來我懂了  感謝



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