2022年8月2日 星期二

電學內容的迷思2


4.「電壓差」


電壓本身就是電位差值的意思
基本上沒有電壓差這樣的稱呼啦~~
不過這是小事,就發發牢騷而已
真要這樣稱呼也不會有多少人在意

5.「電流代表有多少能量通過」

也不能說是完全錯啦
但從電流的定義來說,I=Q/t
電流是指導線(或電器)中每秒通過的電量
因為每個電子的帶電量均相同(基本電荷),所以簡單來說也可以用通過的電子數來代表電量
但每個電子在不同狀況下所攜帶的能量不同
這個能量就叫做電壓,也就是單位電量所產生或消耗的能量,V=E/Q
所以若要用「多少能量」通過來敘述,單單用電流是不精準的
必須同時考量電壓才是,也就是E=IVt

6.電壓電流電阻的類比


這部分就見仁見智了
畢竟他就是個類比,類比只是為了方便理解所搭的鷹架
只要能用這個鷹架往上爬也就無傷大雅
就像我們常用水來比喻電
雖然不精準(交流電用水流就很難理解了),但也很難再找到更好的比喻了
可是如果這個比喻本身就有其他的物理意義,可能就要斟酌了

7.「舉得高表示電流大」



這就是剛剛把電流當作能量所產生的連環錯誤了
高度在物理的意義就是位能,位能就是能量
電流不能代表能量大小
如果要用舉高高來比喻,應該用(電)功率會更好
後面一大串都是相同的問題了

8.「電器並聯的電阻」、「跳電的原因」








這個錯就不可原諒了!!
並聯之後怎麼電阻會變大?同時電流也增加?
而且也把跳電的原因完全搞錯了
跳電不是使用的電壓超標,而是使用的電流超標
家用電的電壓是固定的,甚至在電器兩端真正使用的電位差只會變小
不會因為電器使用過多,電壓變大而跳電的
而且會跳電(電流過大)就是會跳電,沒有使用一半跳電這種概念
或許會有一點時間差,但這最主要是因為無熔絲開關複棒設計需要足夠的熱來反應的關係
但這個時間通常也不會太長的

2022年8月1日 星期一

電學內容的迷思1

YT推薦了這個影片給我
https://youtu.be/XcSn2UkPMuc
這種主題還能有15萬的點閱率,肯定是說得非常好
進去學習一下,但...

1.首先是「歐姆定律」


很多人會用V=IR來代表歐姆定律
這只說對了一半(甚至不到一半)
V=IR其實是電阻的數學定義R=V/I移項而來的
這個公式頂多只是說明了電阻的數學意義
真正歐姆定律的精隨其實是這個電阻不隨著通過的電壓和電流而改變(its resistance must be independent of current and voltage.)
也就是說如果這是一個歐姆導體,V/I=定值

Ohm's law states that the current through a conductor is proportional to the voltage across the conductor. This is true for many materials (including metals) provided the temperature (and other physical factors) remain constant. The constant of proportionality, R,R is the resistance and the unit is the ohm, with symbol \Omega,Ω. The relationship can be written as:
V, equals, I, R.  
V=IR
where V,V is the voltage across the conductor and I,I is the current flowing through it. If a component is ohmic (it obeys Ohm's Law), then its resistance must be independent of current and voltage.

(https://isaacphysics.org/concepts/cp_ohms_law)

2.再來是「甚麼時候會被電到」


脫毛衣被電到是靜電,這沒問題
但摸開關觸電就絕對不是靜電了
而是開關有漏電,人體接觸後和大地產生一個電位差
電流通過產生的感覺,不是靜電

3.「多少電壓會觸電」


這件事情很難隻字片語說得清楚
但絕對不能簡化成用V=IR就要概括
首先觸電會要命的是電流,這沒問題
不過電壓也扮演了很重要的角色,這等會再說
但最重要的是人體不是歐姆導體
人體的電阻主要分為表面電阻和體內電阻
我們用三用電表量測出來的是表面電阻,每個人差很多
以我自己為例,乾燥皮膚至少1百萬歐以上
潮濕(沾水)也有數十萬歐
照這樣算出來,115V的電壓產生的電流只有0.1mA
那應該不會有觸電的感覺啊~~
但如果你真的有摸過115V的經驗,絕對有感
原因牽涉到生理學的部分,我無法完全理解
但主要是人體對電壓的耐受度到某個程度時
電流就不是通過皮膚表面(上面那個算法就是通過人體表面)而是身體內部
身體內部有許多電解質,電阻極小
因此當電壓大到某個程度就會穿過身體,此時電阻大幅下降
而且一旦人體通電,電阻又會更小(這是生理學的部分,我無法理解)
有點像是二極體的感覺,一旦電壓到某個程度就開始兵敗如山倒
通過的電流自然就有可能提高到致命的危險
這個電壓有多大?
因人而異,因環境(濕度)而異
以台灣勞工安全衛生設施規則第 249條規定
24V以上就要作到絕緣(https://law.moj.gov.tw/LawClass/LawSingle.aspx?pcode=N0060009&flno=249)
也就是說,24V以上就「有可能」會導電(標準定嚴格一點總沒錯)
至於5V...除非你放在舌頭或其他奇怪的地方,否則根本不會有感覺的






那這句「V等於IR這三個缺一不可」
我實在很難理解要表達甚麼...

太多了,先寫到這裡就好

2022年7月30日 星期六

簡易USB寬電壓通用功率表

買個USB寬電壓電表
再做個一公一母的轉接頭
就可以當作一個簡易的功率表了





2022年7月24日 星期日

白色硫酸銅加水

白色硫酸銅加水的溫度變化
水不要加太多
溫度變化很明顯
用手摸就能感覺到






比熱的實驗

很簡單就可以操作的實驗
取相同質量(約5克)的水、乙醇放入試管中
將數位溫度計插入試管,試管口用黏土稍微封住,避免過多的液體氣化
但不可完全密封,不然壓力會太大




利用熱風槍同時加熱底部,觀察試管的溫度變化
左邊是乙醇(體積較大),右邊是水



可以在最後嘗試讓學生說明溫度變化不同的原因,並比較水和乙醇的比熱大小
雖然利用熱風槍加熱方便又容易操作
但非穩定熱源,不適合記錄溫度變化與時間的關係
只能看出不同比熱的影響


2022年7月22日 星期五

重建齒輪盤

有些玩具是會勾起許多回憶的~~
這是女兒幼稚園前保母送他的認識時鐘玩具
轉眼十多年了...



最近整理東西時發現,好多回憶又湧上心頭
但時鐘卻老是對不準(老了嗎?)
拆開看看,齒輪盤竟然斷了
這是特規的齒輪,買不到,只能想辦法重建了



這種齒距大,又沒有太大受力的齒輪很好重建
拿一塊黏土在旁邊完整的齒輪做出模具
這個模具就可以剛好放在斷裂處






用AB膠灌入
等AB膠定型但還沒完全硬化時先將黏土脫模
就可以用美工刀先裁切掉多餘的部分
背面再加強一下




等個幾個小時完全硬化後就重建完成了
完美修復啊~~




影片如下

另一個齒輪