電流的熱效應
理化裡常常出現『三大』、『三要素』。
例如:牛頓三大運動定律、聲音三要素。
在國中畢業前,理化課程最後的End就是要以『電流的三大效應』為最精彩的結束。
這三大效應分別是『電流的熱效應、化學效應、磁效應』。
這些內容正是考驗理化老師整合的能力、設計課程的能力。
在電流熱效應的這一節中,共有五個部分。
『電流的熱效應』、『電荷所獲得的電能』、『電池提供的電能』、
『電器所消耗的電能』、『電功率』。
第一部分:電流的熱效應
電流的熱效應,用保立龍切割器來做為引起動機的示範實驗。
並且以『吹風機』的功率(大約700W)為例,
簡單說明:『使用吹風機700W,連續使用2分鐘,消耗電能為700X2X60=84000焦耳。』
第二部分(電荷所獲得的電能)與第三部分(電池提供的電能),巧妙地結合說明。
學生已經很熟悉的概念有:一顆質量為m(公斤)的蘋果在高度為h(公尺)的位置上,具有位能mgh。
自由釋放下來之後,mgh的位能會轉換成動能。
課本教材中以『質子(正電荷)在高電位處,擁有電位能E=QV,電能=電量X電壓』
補充說明:
(1)正電荷在高電位處有高電位能,自然趨勢下,可以移動到低電位能處。
(2)正電荷在低電位處(也就是電池的負極),必須靠外力作功,才可以移動到高電位處(電池的正極)
(3)負電荷在電池負極時,電池負極金屬一直放出電子,所以負電荷與電子一直排斥,
因此自然趨勢,負電荷在電池的內部(內電路),會從負極移動到正極。
(4)負電荷(電子)從電池的正極,經由導線及電阻(外電路),移動到電池的負極。
原本具有較高能量的電子,在電路中,有一部份能量會給導線中的原子,大部分能量給電阻中原子。
當自由電子已經跑回電池的負極時,其實能量已經消耗快沒了,
在電池中,因為電池的兩極提供了電位差,負極的地方發生氧化,正極的地方發生還原,
使得電池內部發生離子化的現象,並且將電池內原本物質所具有的化學能轉變成電能,
於是,電子在電池內獲得電能,(就像是油罐車在油庫中,油罐車的油槽充滿了油)
因此,所謂的1.5伏特的意思就是:
1庫倫的電子通過1.5伏特的電池時,會獲得1.5焦耳的能量。