物質的組成

1. 物質的組成 利用物理方法（如加熱）可使水變成水分子，其性質不變，過程可還原 o 水由許多的水 分子所組成 一個水分子是由 一個氧原子與兩 個氫原子所組成 (a) 水分子的示意圖 利用化學方法可將水分解 成氫與氧（其性質改變， 過程不可還原），右圖為 氧原子示意圖 原子核（包含 質子與中子） 電子 (b) 原子由原子核與電子所組成，左為立體圖、右為傳統示意圖 • ▲圖1-1 物質的組成

2. 原子核 名稱 電荷量（庫侖） 質量（公斤） 質子（p） 中子（n） 0 電子（e） 原子的結構 - + 質子（帶正電） + 中子（不帶電） - 電子（帶負電） (a) 立體圖 (b) 平面示意圖 註1：質子的質量與中子約略相等，為電子的 1836 倍。 註2：原子核大小的數量級為10-14m，原子大小的數量級為10-10m。 註3：原子序 = 質子數 = 電子數。 • ▲圖1-2 原子的結構

3. 主層 K n = 1 L n = 2 M n = 3 N n = 4 O n = 5 P n = 6 Q n = 7 電子數目 2 8 18 32 18 或 32 18 8 能量層上容納的電子數目 每層容納之電子數為2n2個 原子核 原子核 電子數 = 32 N n = 4 電子數 = 18 電子數 = 8 M n = 3 電子數 = 2 K n = 1 L n = 2 (b) 平面示意圖 (a)立體示意圖 • ▲圖1-3 原子能量層上容納的電子數目 ▼表1-1 能量層上容納的電子數目 註：2n2公式只適用至n = 4。

4. 價電子脫離束 縛成自由電子 電子獲得能量 最外層電子（價電子） 電子失去能量 被原子攫取 - - - + + + - - - - - - - 成為價電子 + + + + + + + + + 束 縛 電 子 - - - (c) 獲得電子成為負離子 (a) 電中性的原子 (b)失去電子成為正離子 正負離子的產生 • ▲圖1-4 正離子與負離子的形成

5. 倍數符號 ▼表1-6 常用10次方的倍數符號

6. 功 功 = 作用力 沿作用力方向的位移 作用力F 作用力F S 位移 • ▲圖1-6 功的定義 ▼表1-8 能量的單位 註：本書單位將以MKS制（SI制）為主，並在適當需要時補充其它單位的介紹。

7. 能量的損耗與效率 電能輸入 熱能損失 光能輸出 損失能量 能量轉換 輸入能量 輸出能量 • ▲圖1-8 能量形式的轉換

8. (c)帶不同性電的小球相互吸引 (b)帶同性電的小球相互排斥 (a)不帶電小球 靜電荷 玻璃棒 玻璃棒帶正電 絲絹帶負電 絲絹 (b) 摩擦後 (a) 玻璃棒與絲絹摩擦 • ▲圖1-9 摩擦產生靜電荷 • ▲圖1-10 靜電荷間的關係

9. 靜電感應吸引 負電荷靠近 因負電荷被吸引 至左方而帶正電 再移開帶電玻璃棒 不帶電的導體球 帶正電玻璃棒靠近 先將導體球分開 (c) (a) (b) 註：利用靜電感應使物體帶電的方法稱為感應起電。 靜電感應 • ▲圖1-11 靜電感應

10. 作用力 作用力 F F F F ＋ ＋ ＋ 帶電量 帶電量 － r 兩電荷間的距離 r (b)兩個正電荷 (a)正負電荷相吸 F F 作用力F與電量Q1、Q2的乘積成正比 與距離r的平方成反比 － r (c)兩個負電荷 庫倫定律 － • ▲圖1-12 兩靜電荷間的庫侖力

11. 電壓 電壓（voltage）是用來表示電荷受靜電力作用的程度。 電荷排斥力大 電荷排斥力小 水壓大 水壓小 (a) 水會從水壓較大處往水壓較小處流動 (b) 電荷會從電壓較大處往電壓較小處移動 • ▲圖1-13 水壓與電壓

12. 水由高水位到低水位釋放能量使水車運轉 抽水機作功提高水位(增加水的位能) 高水位 + 電源 水位差(具有位能差異) - 低水位 水流方向 水位系統示意圖 正電荷移動方向 高電位 (供給電能) 電池作功提高電位 註： 在此處假設導體中自由移動的是正電荷，這是為了方便說明，而實際上能自由移動的是電子（負電荷）。 電荷由高電位到 低電位釋放能量 使燈泡發光 電位差(具有電能差異) 低電位 電位與電位差 • ▲圖1-14 電位的概念

13. 端電壓 電池因化學能提供一電動勢E 化學能提供的電動勢 端電壓 因電池內阻的作 用使實際輸出的 端電壓Vab < E 電壓降VL = Vab，即元件兩 端的電位差，所損失的電 位能轉換成光能及熱能 內部阻力造 電動勢 成電能損失 電動勢、端電壓與電壓降 ▲圖1-16電動勢、端電壓與電壓降的關係 • ▲圖1-15 電池的端電壓

14. 導體中自由電子 受外力驅動 燈泡(負載) 電子流方向由電動勢（電源）負極流向正極 電流方向由電動勢（電源）正極流向負極 電池(電源) 電子流與電流 • ▲圖1-17 電子流與電流方向

15. t秒內通過截面積之電荷，其電量為Q庫侖 電荷經過時間 t 秒所移動的距離 電流的定義 • ▲圖1-18 電流的定義

16. 固定的離子 電子流 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ (b)外加電壓，電子往右側移動，有一漂移速度 (a)未加電壓，電子隨機運動，淨位移為零 電子的漂移速度 • ▲圖1-19 導體中的電子流

17. ：t時間內通過截面積A的電量 （C） ：單位體積所含的自由電子數 （個/m3） ：電子的帶電量（ ） ：導體截面積（m2） ：電子的漂移速度（m/s） ：時間（s） v A A v t秒內電子移動的距離 微觀的電流 • ▲圖1-21 導體的微觀電流

18. 功與功率 ▼表1-10 功與功率的常用單位 ▼表1-11 能量的常用單位

19. 開關 燈泡 電池 導線 (a) 實體圖 (b) 電路圖 簡單的電學應用實例 • ▲圖1-22 簡單的電學應用實例

20. 基本元件及符號認識(一) ▼表1-12 常見的基本元件及其電路符號

21. 基本元件及符號認識(二)

22. 基本元件及符號認識(三)

23. 基本元件及符號認識(四)