歡迎來到電路世界！
各位同學！你曾否想過手機如何充電、房間燈泡如何亮起，或是你的電子遊戲如何運作？這一切的奧秘都來自於電流在稱為「電路」的通路中流動。聽起來好像很複雜，但其實一點也不！在這些筆記中，我們將一起探索這個奇妙的世界。我們將學習如何建立簡單的電路、了解電壓和電流等關鍵概念，甚至學習如何安全地使用家中的電力。讓我們開始吧！
1. 是甚麼讓燈泡發光？認識簡單電路
你可以把電路想像成一個賽道。不過，裡面競速的不是汽車，而是微小的電粒子！為了讓這場比賽進行，並使任何裝置（例如燈泡）運作，你需要一條完整且具備幾個基本組件的賽道。
構成電路不可或缺的組件
要使一個基本電路運作，你至少需要以下這些東西：
- 電源 (發電站)：這是驅動電流在電路中流動的來源。在簡單電路中最常見的電源是電池單元或電池組（由幾個電池單元串聯而成）。
- 導體 (賽道)：這是電流流動的通道。由金屬（例如銅）製成的電線是很好的導體，因為它們能讓電流輕易通過。
- 負載 (主要裝置)：這是利用電流進行有用工作的裝置。燈泡、蜂鳴器或摩打都是負載的例子。
- 完整通路 (切勿斷橋！)：通路必須是從電源開始，穿過負載，然後回到電源的完整、沒有斷開的迴路。這稱為閉合電路。如果任何地方有斷裂，那就是開路，電流便會停止流動。
導體與絕緣體：高速公路和圍牆
並非所有材料在導電方面都是相同的。
- 導電體是能讓電流輕易通過的材料。它們就像一條寬闊暢通的高速公路。
例子：銅、鋁、鐵、銀、金（大部分金屬）。 - 絕緣體是阻止電流通過的材料。它們就像一道巨大的磚牆。這就是為什麼電線外面會包覆塑膠——為了保護我們安全！
例子：塑膠、橡膠、玻璃、木材。
繪製電路圖：電路地圖
如果用電池和燈泡的圖畫來繪製電路，將會需要很長時間！所以，科學家們使用稱為「電路符號」的簡單圖形來建立電路的「地圖」，稱為「電路圖」。這就像一種科學界通用的「密碼」！
你需要認識的常見電路符號：
電池單元： ├─
電池組： ├─├─
燈泡： &#otimes;
開路開關： ○─∕─○
閉合開關： ○───○
電阻器： [□]
伏特計： Ⓡ
安培計： Ⓒ
可變電阻器： [□↔]
你知道嗎？
電池上的正 (+) 和負 (-) 極告訴你電流傾向流動的方向。電池單元符號中的長線代表正極 (+)，短線代表負極 (-)。
開關：電流的交通管制員
開關是一種讓我們安全地開啟或關閉電路的裝置。
- 當開關閉合時，就好像橋樑放下，電路完整接通，電流就能流動。
- 當開關斷開（開啟）時，橋樑就會升起，造成一個斷裂，電流便會停止流動。
第一節重點回顧
一個簡單電路需要電源（電池單元）、導體（電線）和負載（燈泡），連接成一個完整不間斷的迴路，稱為「閉合電路」。我們使用標準符號來繪製電路圖。
2. 認識三巨頭：電流、電壓和電阻
如果這些詞聽起來有點難懂，不用擔心！我們可以用一個簡單的類比來理解它們：想像水在管道中流動。
電流 (I)：電力的流動
電流是衡量有多少電流通過電路的量度。它是微小帶電粒子（電荷）的流動。
類比：電流就像管道中水的流量。大量的水流動，就像高電流。
- 電流的單位是安培 (Ampere)，簡稱安培 (Amp 或 A)。
- 我們使用安培計 (Ammeter) 測量電流，它必須「串聯」在電路中（作為主電路迴路的一部分）。
電流的效應
當電流流動時，會產生明顯的效應！主要有兩種：
- 熱效應：流動的電流會使電線發熱。多士爐、電水壺和風筒就是這樣運作的！
- 磁效應：流動的電流會在電線周圍產生磁場。這是電動機和風扇背後的原理。
電壓 (V)：電力推動力
電壓是電源給予電流的「推動力」或「壓力」，使其在電路中移動。
類比：電壓就像水泵提供的壓力。壓力越大，能將更多的水推進管道中。
- 電壓的單位是伏特 (Volt 或 V)。
- 較高的電壓會產生較大的推動力，通常會導致較大的電流。（例如，一個 9V 電池比 1.5V 電池單元提供更大的推動力）。
- 我們使用伏特計 (Voltmeter) 測量電壓，它必須「並聯」在電路中（跨接在你想測量的組件兩端）。
電阻 (R)：障礙賽
電阻是衡量某種材料阻止或「抵抗」電流流動的能力。
類比：電阻就像管道有多狹窄或堵塞。一條狹窄、生鏽的管道具有高電阻，讓較少的水通過。
- 電阻的單位是歐姆 (Ohm 或 Ω)。
- 高電阻會使電流難以流動（就像在絕緣體中一樣）。
- 低電阻會使電流容易流動（就像在導體中一樣）。
- 電阻較大的組件會導致流經電路的電流較小。
深入探討：甚麼因素影響電阻？ (進階內容)
對於電線而言，其電阻取決於幾個因素：
- 長度：電線越長，電阻越大。
- 粗幼：電線越粗，電阻越小。（想像電流通過更寬的管道會更容易！）
- 材料：不同材料具有不同的電阻。銅的電阻非常低，這就是為什麼它被用於製造電線的原因。
變阻器是一種特殊類型的電阻器，你可以改變它的電阻，常用於調光器或音量控制器等設備中。
第二節重點回顧
電流（安培）是流動。電壓（伏特）是推動力。電阻（歐姆）是阻礙流動的力量。它們之間互相關聯：更大的推動力（電壓）會產生更大的流量（電流），而更大的阻礙（電阻）則會減少流量（電流）。
3. 兩種連接方式：串聯電路與並聯電路
你可以用兩種主要方式在電路中連接多個組件（例如燈泡）。你的連接方式會改變一切！
串聯電路：單一路徑
在串聯電路中，所有組件一個接一個地連接在一個單一迴路中。電流只有一條路徑可以通過。
類比：想像一下舊式的聖誕燈飾。如果其中一個燈泡壞了，整串燈飾都會熄滅，因為單一路徑被中斷了！
串聯電路的主要規則：
- 電路中所有點的電流都「相同」。電流在迴路中的各處都保持不變。
- 電池的總電壓由各組件「分擔」。
- 在串聯電路中增加燈泡會使它們全部變暗，因為電路的總電阻增加了。
並聯電路：多車道公路
在並聯電路中，電路會分成兩個或更多分支，即不同的路徑。電流會分支並分別流經每個分支。
類比：想想你家裡的燈。你可以關掉睡房的燈，但廚房的燈仍然亮著。這是因為它們位於並聯電路的不同分支上。
並聯電路的主要規則：
- 每個分支兩端的電壓都「相同」。每個分支都獲得電池的全部推動力。
- 電流會「分支」流向不同的分支。從電池流出的總電流是所有分支電流的總和。
- 在並聯電路中增加燈泡並不會使其他燈泡變暗（因為它們都獲得相同的電壓！）。
避免常見錯誤
很容易把這些混淆！記住這個簡單的竅門：
串聯 = 電流「相同」
並聯 = 電流「分流」（分支）
第三節重點回顧
串聯電路為電流提供一條路徑，電流在各處都相同。並聯電路提供多條路徑，所以每個路徑上的電壓相同，但電流會分流。我們家裡使用並聯電路，這樣我們就可以獨立操作電器。
4. 家居電力：居家電力
我們家裡的電力比電池的電力強大且危險得多。了解其運作原理對保持安全至關重要。
市電電壓和家用電路
供應給我們家裡的電力稱為「市電」。在許多地方，例如香港，市電電壓約為 220V。正如我們所學，我們的家裡採用「並聯電路」佈線，這樣每個電器都能獲得完整的 220V 電壓，並可獨立開關。
保持安全：插頭、保險絲等
家居用電，安全是首要考慮！
三腳插頭：安全傑作
將電器連接到牆身插座的插頭是一個重要的安全裝置。它有三條電線，每條電線都有特定的顏色和功用：
- 活線（棕色）：這條電線從市電接收高電壓。它是「危險」的一條線。
- 中線（藍色）：這條電線完成電路，讓電流流回。它的電壓接近零伏特。
- 水線（綠黃色）：這是一條安全線。它連接到電器的金屬外殼。如果活線意外地觸碰到金屬外殼，水線會提供一條安全的通路，讓電流流向地面，防止觸電。
保險絲和斷路器：你的電力保鏢
保險絲和斷路器是旨在保護電器和預防火災的安全裝置。它們只有一個簡單的功用：如果電流變得危險地高，它們會斷開電路並停止電流流動。
- 保險絲是一段細小的電線，設計成當電流過高時會熔斷並斷開。一旦它「燒斷」了，你就需要更換它。
- 斷路器是一個開關，當電流過高時會自動跳閘到「關閉」位置。在解決問題後，你只需將它撥回「開啟」位置即可。
要提防的危險
- 電路超載：在一個插座上插上太多高功率電器。這會抽取過多電流，可能導致電線過熱並引起火災。避免使用過多的萬能插蘇！
- 短路：當活線直接觸碰到中線時發生，產生一條電阻非常低的通路。大量電流會流過，可瞬間引起火花和火災。
功率與能量：你使用了多少？ (進階內容)
你是否曾經在燈泡或風筒上看到「瓦特」的額定值？那就是它的功率額定值！
甚麼是功率？
功率是電器使用電能的速率。較高的功率額定值意味著它使用能量更快。
- 功率的單位是瓦特 (Watt 或 W)。
- 一個 100W 的燈泡比 60W 的燈泡更亮，並且耗能更快。
- 公式是：$$Power = {Energy \over Time}$$
計算電費
電力公司不會向我們收取功率的費用；它們會向我們收取所使用的總「能量」費用。它們使用的單位是千瓦時 (kilowatt-hour 或 kWh)。
1 千瓦時 (kWh) 是指一個 1000 W（1 千瓦）的電器運行 1 小時所消耗的能量。
例如，如果一個 2000W 的暖爐運行 3 小時，它會消耗 2 kW x 3 h = 6 kWh 的能量。電費就是根據你使用了多少千瓦時來計算的。
第四節重點回顧
家用電力既強大又實用，但必須採取安全措施。三腳插頭（活線、中線、水線）、保險絲和斷路器對安全都至關重要。我們必須避免插座「超載」，並明白我們所支付的是消耗的「電能」（以千瓦時為單位）。