第2章 各種回路元件的結構與符號
1直流與交流的表示方法
打開電視與收音機，就可以看見內部有複雜配線的電路。但是，電路雖然乍看之下極為複雜，事實上所使用的零件種類卻相當有限，可用各種符號加以表示。
電流的流動方式，分為一般家庭所使用的交流電、乾電池，以及經由ＡＣ整流器所得到的直流電；交流電是電壓交替正負變化流動的電流，直流的電壓則沒有變化。
但是，所謂的交流、直流，電壓究竟如何流動，我們並不得而知，不過，可以使用可看見電流波形的示波器等儀器來觀察。
首先將燈泡、電池、示波器加以連接，當燈泡點亮之後，示波器會出現如次頁圖１的水平線。不論時間經過多久，表上的電壓與電流都不會有所變化。換言之，正因為是直線流通的電，故稱為直流電。
接著，我們來研究家庭插座的電流。將插座、燈泡、示波器連接在一起。這時候燈泡會點亮，示波器出現如次頁圖２的波形。
這表示隨著時間的經過，電壓與電流會出現變化。因為方向與大小有所變化，故稱為交流電。回路的符號，交流與直流的表示方式則如次頁圖３。
2直流電源與交流電源
直流表示的是一定的電壓與電流的電，會發出直流電的，首推電池。電池可分為錳電池、鹼性電池、鋰電池等乾電池，以及鉛蓄電池、鎳鎘電池等蓄電池。最近還出現了以太陽能發電的太陽能電池，以燃燒燃料產生電力的燃料電池。
除了電池，也可以使用ＡＣ整流器，將交流電轉換為直流電，使用於收錄音機或電話答錄機等。相對於直流電的交流電，會隨著時間，電壓、電流產生正負的交替變化。這些交流電的發生，是來自水力、火力、核能等各種方法進行發電的發電廠。發電後，電流送進各個變電所，最後進入電線杆上的變壓器，配送於一般家庭。所以，交流的電源最常見的就是家庭插座。次頁圖１是電流運輸，從發電廠至各個家庭的途徑。各種電源的符號，則如次頁圖２所示。
3導線與導線的連接
流通電的線，稱為導線。導線的材料一般使用的是銅或是鋁，特殊導線則使用白金或是鎳鉻合金。
導線有時會直接以裸線使用，但這樣做容易造成短路或斷線，因此通常會以塑膠披覆或是包覆棉線使用。
導線互相接觸，電流即可流通。最好的例子就是只要在家中將插頭插上插座，電就可以流通。
不過，在電路上連接導線時，將線與線扭合，並且確實的焊接，是非常重要的。導線的結構、連接以及符號，請參考下圖。
4何謂電壓
如圖中右側圖例，在連接管線的容器中加入水。此時如左右圖的水位一樣，兩側都不會有水流入。
這時，如果在容器的右側注入水，右側的水位上升，則水會由右側朝左側移動（圖的中央）。在左右的水位有差距的時候，管線的水就會流動，由高水位流向低水位。
若再注入更多的水，加大水位的差距，則水的流量將會變大（圖左）。換言之，水位的差（水壓）越大，流動的水勢就越大。想要維持水流，便需要幫浦的協助。想要使水強力的流動，更需要強力的幫浦。
電的流動其實和水的流動極為相似。以電的情況來說，電壓與水壓相似，電的流動也是從高電壓流向低電壓。
此外，維持電的流動，擔任幫浦角色的，就是電池或是發電機。和水相同的，如果要強力的流動，就需要強力的電池或發電機。而電壓的單位，如同各位所知的是Ｖ（伏特）。
5電流、電阻以及歐姆定律
對金屬等導體加上電壓會有電流流通，顧名思義，電流就是電的流通。
將左圖電路中的開關打開，電池、導線以及小燈泡會有電流流通。這就是電流，電流的單位是Ａ（安培）。安培的名稱，來自法國的物理學家安培（西元一七七五～一八三六）。
前面談過金屬有自由電子，因此電流容易流通。金屬加上電壓，電流就會流動，就是因為自由電子的緣故；稱之為傳導電流。
金屬是容易流動電流的代表性物體，不過，容易流動也可以換稱為電阻較小。電阻意味著阻止電流流動的性質，以Ω（歐姆）表示單位。
舉例來說，在導線中央裝上燈泡或電熱器會發熱，就是因為電阻的升高，引起因高電阻而將電能轉變成稱為焦耳熱的熱能的一種現象。
此外，不同的物質各有固定的電阻值，可分為銅、鋁等容易流動電的物質（導體），絕緣子或橡膠等不易流動的物質（絕緣體）以及介於導體與絕緣體中間性質的半導體。
到目前為止，加上前項的電壓以及這裡所介紹的電流、電阻，與電有關最重要的三項要素已經出現。接著要說明在學校中也曾經學過的歐姆定律。
歐姆定律是德國物理學家歐姆（西元一七八九～一八五四）於一八二七年發現的定理：
「流通於線狀導體兩點間的固定電流，與兩點間電壓（電位差）Ｖ成正比。」
歐姆定律的公式表示如上面的式子。公式中的比例定數Ｒ，就是這裡所要談的電阻。電阻值的單位歐姆，就是取自物理學家歐姆的名字。
從公式中可以知道，電壓Ｖ固定的時候，電阻值越大，電流值越小；相反的電阻值越小，電流的值就越大。從公式即可了解電阻會使電不易通過。
歐姆定律的原理此後將會經常出現，請各位牢記在心。
6各種電阻器
前面提到電流與電阻之間的關係以及歐姆定律。在此節除了要說明電阻的概念，也要介紹電阻器的實際問題。
電阻器的種類，分成了不能改變電阻值的固定電阻以及可以改變電阻值的可變電阻兩種（參照下圖）。
電阻器的材質方面，除了鎳鉻合金（八○％、二○％）、銅鎳合金（四五％、五五％）等合金之外，也會使用碳。
下圖是各種電阻的種類，有的寫上二五○等的數字，有些則只有顏色的線標示而沒有數字。不過，事實上可以從線的顏色判斷電阻值。
電阻值的讀取方式，如左圖將電阻器的色線由左向右讀取。而顏色與數字的對比，可以參照下表。
另一方面，可變電阻則是電視或音響的轉鈕或調整部位的使用元件。由左向右轉動，可以使電阻值產生連續性的變化。
7電力與電力錶
如左圖所示，電路的開關打開之後，燈泡點亮。這表示電能發揮了使燈泡發亮的作用。
此外，在我們的家庭之中，電能也變成了電視的聲音與影像，或是成為電熨斗或電暖爐的熱能。
像這種電能所進行的工作稱之為電力，電力的單位是Ｗ（瓦特）。所謂的一Ｗ則是「在一Ｖ的電壓間流經一Ａ的電流所產生的效能」，其公式如下：
電力Ｗ＝電流大小（Ａ）×電壓（Ｖ）
結果電力的大小與電壓及電流的大小成正比，想要發揮更大的效能，只要把電流及電壓提高即可。
如在電壓的項目（二七頁）中所見，可以用水的流動加以說明。次頁上圖裝有水車裝置的容器，水車的效能，便與水壓及水量成正比。換言之，水位高即水壓高，若將水流出的管線加大，便可以加大水車的效能。
以電的情形而言，通常四○Ｗ的燈泡與一○○瓦的燈泡，其效能相差了二‧五倍。台灣一般的家庭電壓大致維持在一一○Ｖ，因此可以依電量的差別來增加效能。套用先前的計算公式，前者為○‧四Ａ，後者則流經了一Ａ的電流。
此外，每一個家庭都裝有電錶（電力量錶）。這是測量一個月中所使用的全部電力量而電力量錶所測定之電力量（Wh），則以下列公示求之。
電力計與電力量錶的符號，則如下圖所示。
8白熾燈泡與日光燈等符號
白熾燈泡利用的是燈泡中的燈絲流通電流之後產生高熱，進而發生亮光的性質。
燈絲是由鎢所製造，能耐高溫（熔點為攝氏三四○○度），而且為了避免與其他物質化合，加入了低活性的氬氣。
另一方面，日光燈的結構則不如燈泡簡單，因為白熾燈泡只要電流流通就會發亮，日光燈則是由燈管、啟動器和穩流器三個部分所構成。
燈管的結構是在管中裝入了水銀和氬氣，燈管的內壁則塗上了螢光物質，燈管的兩側則裝上燈絲。
啟動器就是打開開關時，會發出閃光的小燈泡狀的元件，由兩種金屬貼合的雙金屬製成。穩流器則是由線圈製成之變壓器狀的元件（參照四五頁）。
日光燈點亮的過程，首先，啟動器先放電，其高溫會令雙金屬彎曲，接著使燈管流通電流。因此，燈絲開始加熱，使其中的水銀氣化。
此後，電流順利流通後，雙金屬溫度冷卻而恢復原形，進而遮斷電流。此時穩壓器的線圈產生高壓電，向燈管兩邊的燈絲放電。接著，放電的電子與蒸發的水銀原子相接，產生紫外線，撞擊燈管內壁的螢光物質，發出螢光。
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