電流的熱效應與化學效應

1. 電流的熱效應與化學效應 • 簡單電路 • 電流的熱效應 • 電流的化學效應 • 電鍍 • 電池

2. 簡單電路 • 歐姆定律與電路分析 • 1. (1) 一般導體常以銅為材料，其電阻很小，通常可忽略。 • (2) 等電位：VAB＝IRAB • ∵ RAB → 0　∴ VAB 0 •  A、B兩點等電位 • 同理，VCD＝IRCD • ∵ RCD → 0　∴ VCD 0 • C、D兩點等電位 • 故VAD＝VBC

3. (1) 通路： V＝IR I＝ • (2) 斷路：V≠0，I＝0　∴R → ∞，即為斷路 • (3) 短路：V≠0，R → 0 ∴ I → ∞

4. 電池的電壓 • 並聯： A、B、C 三點等電位 • D、E、F三點等電位 • ∴ VAE＝VBF＝VCD • 串聯：VAD＝VAE＋VED＝VBC

5. 電路串聯 • I＝I1＝I2 • V＝V1＋V2 • V1＝IR1，V2＝IR2所以， 電路串聯時 • 1 各處電流都相同 • 2 電池的電壓＝各電阻兩端的電壓和

6. 電路並聯 • V＝I1R1＝I2R2 • I＝I1＋I2所以， • 電路並聯時 • 1 各電阻兩端的電壓均相同 • 2 總電流＝各分路電流之和

7. 等效電阻（總電阻） • (1) 電阻串聯： • V＝V1＋V2………………………1 • V1＝IR1，V2＝IR2，V＝IR……．2 • 2代入1  • IR＝IR1＋IR2  • ∴ R＝R1＋R2 • 電阻串聯時，總電阻為各電阻的代數和

8. (2) 電阻並聯： • I＝I1＋I2……1 • V＝I1R1＝I2R2＝IR • ∴ I1＝ ，I2＝ ，I＝ ……2 • 2代入1 ＝ ＋ • ＝ ＋ ∴ R＝ • 電阻並聯時，總電阻的倒數為各電阻的倒數和

9. 柯斯多夫定理 • 1. 電量守恆  電路上任一點須保持電中性  進入電路某一點的電流＝由此點出來的電流 • 2. 能量守恆  在任一封閉迴路中，電源及各電器所組成之電阻兩端的電壓　　　代數和＝0即電源的總電壓＝各電阻兩端的電壓和

10. 電流的熱效應 在一個封閉的電路中，電流流經電阻，將電能轉換為其他形式的能量，且大多數的現象都有熱能釋出的現象就是電流熱效應。

11. 電烤箱、電熱水瓶、電暖器是利用電流熱效應的家電產品電烤箱、電熱水瓶、電暖器是利用電流熱效應的家電產品

12. 焦耳也是一種能量單位，１焦耳大約等於0.24卡。焦耳也是一種能量單位，１焦耳大約等於0.24卡。 能量的單位為卡（cal），另一個常用的能量單位是焦耳（joule，簡記為J)，它同時也是「功」的單位。

13. 電池電壓1.5V的意思就是電源每推動1庫侖的電荷流經電路時，會提供電荷1.5J的能量。電池電壓1.5V的意思就是電源每推動1庫侖的電荷流經電路時，會提供電荷1.5J的能量。 電荷中的能量大部分在燈泡中轉換為熱能和光能

14. V：導體兩端電壓　 Q：流經導體的電量　 E：導體消耗的電能 E、V、Q三者的關係為： E＝V╳Q

15. 流經某導體的電流為Ｉ（單位為安培）；導體兩端電壓為Ｖ（單位為伏特）；導體消耗的功率為Ｐ（單位為瓦特），三者的關係為Ｐ=Ｉ╳Ｖ。流經某導體的電流為Ｉ（單位為安培）；導體兩端電壓為Ｖ（單位為伏特）；導體消耗的功率為Ｐ（單位為瓦特），三者的關係為Ｐ=Ｉ╳Ｖ。 導體消耗的電能為E V、Q、E三者間的關係為 E=Q ╳ V 又 Q＝I ╳ tI：電流，單位為安培　 t：時間，單位為秒 因此 t 秒內導體消耗的電能為：E＝I ╳ t ╳ V －(a) 功率的定義為：P＝E／t 代入式 a中，得到 P＝ I ╳ V

16. 電器每秒鐘消耗的能量，稱為電功率Ｐ（單位為瓦特，簡記為Ｗ）。電器每秒鐘消耗的能量，稱為電功率Ｐ（單位為瓦特，簡記為Ｗ）。 一般電器標示均有電壓、電功率等。

17. 冷氣機、電烤箱的功率標示

18. 並聯電路 • 在相同的電壓V下，電阻R愈大時，電流I愈小，電功率P也愈小。P=IV=V /R • 家庭用電均採並聯用電時，在固定電壓110V或220V下，若導線最安全電流I ，相對可接較大消耗電能得電器。 2

19. 電力傳輸 • 發電廠在固定電功率P傳輸電力時，以很大的固定電壓34.5KV在高壓導線傳輸，僅產生很小的電流I；又高壓導線電阻R也很小，很長的導線串連時，轉換成熱的電功率P=IV=I R，累計後相對亦比較少的損耗熱能。 2

20. 如右圖所示：(1)試求A、B兩燈泡的電功率 各為多少？(2)試求電池的電功率？ • (1) PA＝2×6＝12W PB＝3×6＝18W • ＝ ×3＝12W ＝ ×2＝18W • ＝ ＝12W ＝ ＝18W • 由於P＝ ，V固定，則P和R成反比 • 電阻並聯時，電功率和電阻大小 成反比 • (2) P＝5×6＝30W

21. 電器並聯時：標示電功率大的實際電功率大 ；標示電功率小的實際電功率小 。 下列電路中，甲、乙兩燈泡何者較亮？ ＝ ＝0.5A　　　＝ ＝0.2A P＝ 0.5×110＝55W P＝0.2×110＝22W 故甲燈泡較亮

22. 串聯電路 • 在相同的電流I下，電阻R愈大時，電壓V愈大，電功率P也愈大。P=IV=I R • 同一電池通過的電流愈大，其電功率愈大。 2

23. 如右圖所示：(1)試求A、B兩燈泡的電功率各為多少？ (2)試求電池的電功率？ • (1) PA＝2×6＝12W PB＝2×4＝8W • ＝ ×3＝12W ＝ ×2＝8W • ＝ ＝12W ＝ ＝8W • 由於P＝ R，I固定，則P和R成正比 • 電阻串聯時，電功率和電阻大小成正比 • (2) P＝2×10＝20W

24. 電器串聯時：標示電功率大的實際電功率小 ；標示電功率小的實際電功率大 下列電路中，甲、乙兩燈泡何者較亮？ • R甲＝110×110÷55＝220；R乙＝110×110÷22＝550 • P甲＝I×I×220 • P乙＝I×I×550 • 乙燈泡較亮

25. 電力公司計費的能量單位為仟瓦小時，簡記為kWh，1仟瓦小時等於1度的電，1仟瓦= 1000焦耳／秒 ╳3600秒= 3.6 ╳ 10 焦耳 6 電力公司收費是依用戶使用電能多少來收費，「度」即是電能的單位。 長時間使用功率大的電器將十分耗電，所以夏天冷氣機的使用率高，耗電量大。然而功率低的電器，如：學校教室裡的燈具、風扇等，量多且使用時間長，消耗的電能也十分可觀。

26. 電流的化學效應 • 在提供直流電源的情形下，以兩個導體連接電源且接觸到電解質水溶液的情形下，形成電路導電的現象；且在導體上有化學變化發生，這就是電流的化學效應。

27. 電極 • 電路上接觸到電解質溶液的導體，通電時其表面上會發生化學變化者稱為電極。 • 與直流電源負極相連接，電子由電源負極移出的導體稱為負極 • 與直流電源正極相連接，電子移進電源正極的導體稱為正極。

28. 影響電解生成物的關鍵 • 電極、電解質解離出正負離子、水皆會影響電解生成物的形成。 • 電極不與電解質解離出正離子含有相同元素時，電極將不參與反應；電解反應的主角則為電解質解離出正負離子或水。

29. 一、以鐵或碳棒為電極，進行氫氧化鈉水溶液的電解時，反應主角為水。在負極產生可燃性的氫氣，在正極產生助燃性的氧氣。一、以鐵或碳棒為電極，進行氫氧化鈉水溶液的電解時，反應主角為水。在負極產生可燃性的氫氣，在正極產生助燃性的氧氣。 二、以鐵或碳棒為電極，進行硫酸水溶液的電解時，反應主角為氫離子及水。在負極產生可燃性的氫氣，在正極產生助燃性的氧氣。

30. 電解水 • (1) 因為純水難導電，所以加入NaOH（或KOH、H2SO4）來幫助導電。 • (2) 因為氫、氧均難溶於水，所以用排水集氣法收集之。 • (3) 2H2O2→H2＋O2 • 負極產生氣體為H2（有可燃性、無助燃性）正極產生氣體為O2（有助燃性、無可燃性） • (4) 2H2O→2H2＋O2 • 同溫同壓下　體積比2：1 • (5) 反推2H2＋O2→2H2O • 同溫同壓下　體積比2：1：2 • 氫密度0.0899 g/ℓ，氧密度1.429 g/ℓ • ∴水中（氫質量）：（氧質量）＝ （0.0899×2）：（1.429×1）≒　　 1　　 ：　　8

31. 例如： • 1 2H2＋O2 → 2H2O • 反應前20ml 10ml • 消　耗20ml 10ml • 反應後0ml 0ml 20ml • 2 2H2＋O2 → 2H2O • 反應前26ml 10ml • 消　耗20ml 10ml • 反應後6ml 0ml 20ml • 3 2H2＋O2 → 2H2O • 反應前20ml 16ml • 消　耗20ml 10ml • 反應後0ml 6ml 20ml • 4 2H2＋O2 → 2H2O • 質量比 1 ： 8 ： 9 • 其中1＋8＝9 質量守恆定律而H2O中原子數比H：O＝2：1質量比H：O＝1×2：16×1＝2：16＝1：8∴定比定律（＝定組成定律）

32. 三、以碳棒為電極電解硫酸銅溶液，反應時主角為銅離子與水；因此在負極上析出紅色的銅，在正極則產生助燃性的氧氣，和電解水時正極的反應相同。三、以碳棒為電極電解硫酸銅溶液，反應時主角為銅離子與水；因此在負極上析出紅色的銅，在正極則產生助燃性的氧氣，和電解水時正極的反應相同。

33. 以碳棒為電極 • 半反應式： • 負極：Cu ＋2e → Cu • 2Cu ＋4e → 2Cu • 正極：2H2O → O2＋4H ＋4e • 全反應式： • 2Cu＋2H2O → 2Cu＋O2＋4H • 2Cu＋2SO4＋2H2O → 2Cu＋2SO4＋O2＋4H • 2CuSO4＋2H2O → 2Cu＋O2＋2H2SO4 • 負極有銅析出，重量增加 • 正極有氧產生，重量不變 • 〔Cu 〕↓，溶液藍色漸淡  無色 • 〔H 〕↑  PH↓ 2＋ － 2＋ － ＋ － 2＋ 2＋ 2＋ 2－ 2－ 2＋ 2＋ ＋

34. 以碳棒為電極，電解硫酸銅溶液時，溶液中銅離子濃度降低，因此電解一段時間後，硫酸銅溶液由藍色變淡。以碳棒為電極，電解硫酸銅溶液時，溶液中銅離子濃度降低，因此電解一段時間後，硫酸銅溶液由藍色變淡。 硫酸銅水溶液的電解裝置

35. 正極：有無色氣體產生，其為有助燃性的氧氣。正極：有無色氣體產生，其為有助燃性的氧氣。 負極：析出紅色固體銅。 電解後的電極

36. 在電解硫酸銅溶液的實驗中，硫酸銅(CuSO )是電解質，在水溶液中會進行解離，產生銅離子(Cu )和硫酸根離子(SO )，解離方程式如下： 4 2+ 2- 4 當通入直流電時，硫酸銅溶液中帶正電的銅離子(Cu )游向負極，在負極上得到個電子而折出銅原子(Cu)，反應方程式如下： 2+

37. 硫酸銅溶液應回收集中處理，或在硫酸銅溶液中加入鋼絲絨，待藍色變淡或變至無色後才可排放。硫酸銅溶液應回收集中處理，或在硫酸銅溶液中加入鋼絲絨，待藍色變淡或變至無色後才可排放。

38. 影響電解生成物的關鍵 電極與電解質解離出正離子含有相同元素時，電極將參與反應；電解反應的主角則為電極、電解質解離出正負離子或水例如電解銅的精煉、電鍍。

39. 以銅棒為電極 • 以銅棒為電極，電解液為硫酸銅溶液，在負極上析出紅色的金屬銅，在正極則分解金屬銅為銅離子 • 負極半反應： Cu ＋2e Cu • 正極半反應： Cu Cu ＋2e • 應用：電解銅的精煉 2＋ － 2＋ －

40. 電鍍 • 以銅棒為正極，其他導體為負極，電解液為硫酸銅溶液，在負極上析出紅色的金屬銅，在正極則分解金屬銅為銅離子 • 負極半反應： Cu ＋2e Cu • 正極半反應： Cu Cu ＋2e 2＋ － 2＋ －

41. 例如： • 1 銅片鍍鋅： • 半反應式： • 負極：Zn ＋2e → Zn • 正極：Zn → Zn ＋2e • 全反應式：Zn ＋Zn → Zn＋Zn • 負極有鋅析出，重量增加 • 正極的鋅溶解，重量減少 • 〔Zn 〕不變 2＋ － 2＋ － 2＋ 2＋ 2＋

42. 2 鐵匙鍍銅 • 半反應式： • 負極：Cu ＋2e → Cu • 正極：Cu → Cu ＋2e • 全反應式：Cu ＋Cu → Cu＋Cu • 負極重量增加 • 正極重量減少 • 〔Cu 〕不變，溶液藍色不變 2＋ － 2＋ － 2＋ 2＋ 2＋

43. 電鍍的目的在使電鍍層內的金屬與空氣、水分隔絕，達到防鏽效果，又能使物體表面光滑明亮以增加美觀。電鍍的目的在使電鍍層內的金屬與空氣、水分隔絕，達到防鏽效果，又能使物體表面光滑明亮以增加美觀。 電鍍是利用電解的原 理，外加直流電源， 將溶液中的金屬離子 析出在負極表面的化 學反應。 各種應用電鍍的日常用品

44. 電鍍前，必須用砂紙磨去鏽斑，以氫氧鈉水溶液洗去油汙。電鍍前，必須用砂紙磨去鏽斑，以氫氧鈉水溶液洗去油汙。 電鍍前，若不除去被鍍物上的鏽斑和油污，將 因導電不良，無法鍍上金屬，因此必須用砂紙 磨去鍍物上的鏽斑，並以氫氧化鈉水溶液洗去 油汙。

45. 電鍍時應通入直流電，被鍍物接在負極，擬鍍金屬接在正極，電鍍液必須含有擬鍍金屬的離子溶液。電鍍時應通入直流電，被鍍物接在負極，擬鍍金屬接在正極，電鍍液必須含有擬鍍金屬的離子溶液。 若要在被鍍物表面鍍銅， 被鍍物需接在負極，銅片 接在正極，以硫酸銅水溶 液為電鍍液進行實驗。 鍍銅裝置

46. 民國75年4月間，發生在二仁溪河口的綠牡犡事件，是電鍍業者隨意排放含銅離子的電鍍廢棄液所造成的汙染。民國75年4月間，發生在二仁溪河口的綠牡犡事件，是電鍍業者隨意排放含銅離子的電鍍廢棄液所造成的汙染。 電鍍液中除重金屬離子外，常含劇毒物質，如鍍 銀的電鍍液中含有劇毒的 氰化物（含CN），必須 加以處理才能排放。 所以實驗之後的硫酸銅溶 液應回收集中處理。 二仁溪地理位置圖

47. 電池 • 電池：利用化學反應產生電流的裝置。 • 1. (1) 電池：化學能電能。 • (2) 電解：電能化學能。 • 2. 電池的種類： • (1) 伏打電池：鋅銅電池、鋅銀電池。 • (2) 乾電池：碳鋅電池。 • (3) 鹼性電池。 • (4) 充電電池：鉛蓄電池、鋰電池、鎳氫電池、鎳鎘電池。 • (5) 燃料電池。

48. 伏打電池：將不同的金屬以導線連接，中間隔有可導電的物質，就可產生電流的裝置。伏打電池：將不同的金屬以導線連接，中間隔有可導電的物質，就可產生電流的裝置。 伏打以含食鹽水的濕抹布夾在銀和鋅的圓型板中間，按照銀 布 鋅 銀 布 鋅……的次序堆積成圓柱，製造出最早的ㄧ個電池。

49. 鋅銅電池 放電：化學能 電能 鋅片：電池的負極，而銅片：電池的正極。 放入鹽橋後，硫酸鋅水溶液中的鋅片釋放出電子，變成鋅離子溶於水溶液中，因此鋅片相當電池的負極。釋放出來的電子，由鋅片流入導線，經過毫安培計，使毫安培計指針偏轉，然後到達硫酸銅水溶液中的銅片。溶液中的銅離子自銅片獲得電子，形成金屬銅析出，銅片相當於電池的正極。 鋅銅電池中電子及鹽橋中離子流動的情形

50. 鹽橋的功用為溝通電路，形成電流並使溶液保持電中性。鹽橋的功用為溝通電路，形成電流並使溶液保持電中性。 U行管中的硝酸鉀水溶液把兩種隔離的溶液聯繫起來，可以避免兩溶液混合，並溝通電路，這種裝置稱為鹽橋。沒有鹽橋則鋅銅電池不會產生電流，所以鹽橋是溝通電路的橋樑 。 U形管口塞住棉花