動手學科學/物質科學Ⅲ/復盤一到三課次

段落一：能量轉換

• PhET
  • PhET線上實驗模擬
• 牛頓擺
  • 
• 迷你拋石器
• 投石器
• 永動機？
  • 其實都是偷藏電源跟磁磺管
• 高斯加農砲
• 能量變變變

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段落二：麵包板基本使用

第二課次講過的

1. 理解麵包板結構與連接方式

• 麵包板內部結構：
  • 麵包板由許多小孔組成，這些小孔在內部透過金屬夾連接。
  • 中央區域的小孔通常以五個為一組，水平方向連接。
  • 兩側的長條小孔則垂直方向連接，通常用於連接電源和接地。

• 辨識連接方式：
  • 了解哪些小孔是連接在一起的，這對於正確搭建電路至關重要。
  • 使用電表進行導通測試，可以幫助確認連接關係。

2. 線上電路圖轉換步驟

• 分析電路圖：
  • 仔細觀察線上電路圖，了解各個元件的連接方式和功能。
  • 分別有幾個輸入與輸出？哪邊是正哪邊是負？
  • 辨識電源、接地、電阻、LED 等元件的位置和連接關係。
• 轉換為麵包板佈局：
  • 將線上電路圖的連接方式，對應到麵包板的孔洞連接。
  • 考慮元件的物理尺寸和引腳排列，選擇合適的插入位置。
• 連接電源和接地：
  • 首先在麵包板兩側的長條小孔連接電源和接地。
  • 確保電源和接地的極性正確。
• 插入元件並連接導線：
  • 按照轉換後的佈局，將元件插入麵包板。
  • 使用跳線（導線）連接元件之間的引腳。
  • 注意跳線的長度和顏色，避免線路混亂。可以考慮紅色正極、黑色負極。
• 檢查連接：
  • 完成連接後，仔細檢查線路是否正確。
  • 使用多用電表檢查各個節點的電壓和連接情況。

3. 基本線路

1. 最簡單的真值表：

   輸入	輸出
   1	1
   0	0

   
   
   • =>
     
2. Not的真值表：

   輸入	輸出
   1	0
   0	1

   • 將開關設為“開” (1) 時輸出“關” (0)；開關設為“關” (0) 時輸出“開” (1)。
   • =>
   • 
3. AND的真值表：

   輸入1	輸入2	輸出
   0	0	0
   0	1	0
   1	0	0
   1	1	1

   • 當任意一個開關為“關” (0) 時，輸出即為“關” (0)；僅當兩個開關皆為“開” (1) 時，輸出為“開” (1)。
   • =>
     
   • 
4. NAND的真值表：

   輸入1	輸入2	輸出
   0	0	1
   0	1	1
   1	0	1
   1	1	0

   • 給果與 AND 相反：當任意一個開關為“關” (0) 時，輸出即為“開” (0)；僅當兩個開關皆為“開” (1) 時，輸出為“關” (0)。
   • ＝
   • 原燈泡以導線取代；從電阻後拉一遠端迴路到電源正極；在此遠端回路中加燈泡。
   • 
5. OR 的真值表：

   輸入1	輸入2	輸出
   0	0	0
   0	1	1
   1	0	1
   1	1	1

   • 當任意一個開關為“開” (1) 時，輸出即為“開” (1)；僅當兩個開關皆為“關” (0) 時，輸出為“關” (0)。
   • =>
   • 
6. NOR 的真值表：

   輸入1	輸入2	輸出
   0	0	1
   0	1	0
   1	0	0
   1	1	0

   • 給果與 OR 相反
   • 
   • 

4. 注意事項

• 電源極性：確保電源極性正確，避免反接導致元件損壞。
• 短路：避免導線或元件引腳之間發生短路。
• 元件規格：了解各個元件的規格和使用限制。
• 線路整潔：線路盡量簡潔，避免纏繞，方便除錯。

段落三：家庭用電小計算(度)

課程講解

• 瓦特（Watt）與度的概念解釋：
  • 瓦特（W）：功率單位，表示電器每秒消耗的電能。
  • 度（kWh）：電能單位，表示電器消耗的總電量。1 度電等於 1 千瓦（kW）的電器使用 1 小時（h）所消耗的電量。
  • 用簡單的比喻來解釋，瓦特就像水龍頭的水流速度，度就像水桶裡累積的水量。
• 瓦特（W）至度（kWh）的轉換計算：
  • 公式：度（kWh）= 瓦特（W）× 使用時間（小時）÷ 1000
  • 透過實際範例，示範如何將電器瓦數和使用時間轉換為度數。
  • 強調單位轉換的重要性。

(一)家電瓦數大匯整

• 吹風機：
  • 冷風：97W - 240W
  • 弱熱風：550W
  • 強熱風：760W - 1183W
• 電視：
  • 55吋液晶電視：104W
  • 70吋液晶螢幕電視：130W
• 手機充電：(可以看看是大概幾%電的時候，有時候會不同)
  • iPhone：3.96W - 5.62W
  • 其他手機：4.4W - 4.5W
• 其他充電設備：
  • 電動牙刷充電：0.9W
  • 無線吸塵器充電：18W
  • 藍芽耳機充電：2.1W
  • 平板充電：5W
  • 電子耳充電器：0.6W
• 照明設備：
  • 檯燈：1.11W - 6.76W（依亮度不同）
  • 地球儀檯燈：4.2W
  • 夜燈：2W
  • 床頭燈：17W
• 電腦相關：
  • 筆電充電：4.5W
  • Asus Vivobook 電腦開機+充電：109W

• 廚房家電：
  • 果汁機：260W（一速）/ 990W（瞬打）
  • 飲水機（沸騰）：823W
  • 小電鍋：785W（開關）/ 39.68W（插電）
  • 大電鍋：1221W（開關）/ 0W（插電）
  • Panasonic快速煮水壺：550W
• 其他家電：
  • 家用投影機：60W
  • 電子鼓：3W
  • 空氣清淨機：2W - 75W（依檔位不同）
  • 離子夾：180W（加熱中）/ 1W（使用中）
  • TESCOM吹風機：109W-135W(依風速不同)
  • 象印熱水瓶：86W
  • 愛美特直頻電風扇：35W(最大風速)
  • dyson吸塵器：0.04W
  • 電子耳除濕機：7.5W
  • 除濕機：129w-135w
  • wifi機：5.4w
  • 暖氣機：653W
  • 電風扇：1.24W-22W(依風速不同)

(二)抽手馬達用電計算

• 提供一個抽水馬達的實際案例，例如：
  • 抽水馬達功率：750W
  • 每天使用時間：2 小時
• 引導學員計算抽水馬達每天和每月的用電量。
• 討論抽水馬達用電量的影響因素，例如：
  • 抽水頻率
  • 抽水高度
  • 馬達效率

• 燈泡家庭用電計算：實際案例分析
  • 小明的書桌上有一盞 LED 燈泡，功率為 10 瓦（W）。
  • 小明每天平均使用這盞燈泡 4 小時。
• 計算步驟：
  • 每日用電量：用電量（度 kWh）= 功率（W）× 使用時間（小時）÷ 1000
  • 每日用電量 = 10W × 4 小時 ÷ 1000 = 0.04 度（kWh）
  • 每月用電量：假設一個月有 30 天。
  • 每月用電量 = 每日用電量 × 30 天
  • 每月用電量 = 0.04 度 × 30 = 1.2 度（kWh）

(三)一日之所需

• 讓學員記錄或想像自己家庭一天中各種電器的使用時間。
• 根據家電瓦數和使用時間，計算各個電器的用電量。
• 將所有電器的用電量加總，估算家庭一日的總用電量。
• 請學員檢討那些電器耗電量較大，那些電器耗電量較小，並請學員思考如何節省電力。

段落四：二極體與橋式整流

• 整流器與逆變器原理

  什么是 “整流器” ？| AC 转 DC | 工作原理及实际应用

  2分钟看懂逆变器，外婆看了都说行！【库说电路】

段落五、磷酸鐵鋰電池

三元鋰電池與磷酸鐵鋰電池的差異：
在當前技術下，微電網儲能設備逐漸傾向採用磷酸鐵鋰電池，這主要是由於其在安全性、成本和壽命方面的優勢。以下是兩種電池的主要差異：

• 材料與成本：
  • 三元鋰電池： 使用鎳、鈷、錳等貴重金屬，資源相對稀缺，導致成本較高。
  • 磷酸鐵鋰電池： 使用地球資源含量豐富的磷和鐵，不含鈷等貴重元素，因此價格較低。
• 安全性：
  • 三元鋰電池： 在濫用測試（如過充、短路）下，存在起火或爆炸的風險，安全性相對較低。
  • 磷酸鐵鋰電池： 安全性極佳，即使在惡劣條件下也不易發生熱失控，不爆炸、不起火、不冒煙，安全性高。
• 循環壽命：
  • 三元鋰電池： 循環壽命相對較短。
  • 磷酸鐵鋰電池： 循環壽命較長，約2000次以上，更符合環保要求。
• 應用場景：
  • 三元鋰電池： 因能量密度較高，多用於需要高續航力的設備，如電動汽車。
  • 磷酸鐵鋰電池： 因安全性高、成本低、壽命長，適合用於固定式儲能設備，如微電網、家庭儲能等。

• 微電網儲能應用：磷酸鐵鋰電池的優勢
  • 在學校普遍裝設教室冷氣與太陽能板後，若將學校定位為地區災防中心，建置微電網，儲能設備是關鍵。
• 磷酸鐵鋰電池在災防型微電網中具有顯著優勢：
  • 高安全性： 災防中心需要高度安全的儲能設備，磷酸鐵鋰電池能有效降低安全隱患。
  • 低成本： 2023年磷酸鐵鋰電池電芯價格下降，使得建置微電網的成本更為經濟。
  • 長壽命： 長循環壽命確保儲能設備的長期穩定運行，減少更換頻率。
• 應用情境：
  • 平時，儲存太陽能板發電，供冷氣使用。
  • 災時，供應社區基本電力需求，如通信、用水。

段落六、完整迴路

1. 發電
   • 太陽能：
     • 家用：屋頂或空地安裝太陽能板，將太陽光轉換為直流電。
     • 車用：部分電動車配備太陽能車頂，或可攜式太陽能板，輔助充電。
   • 引擎（汽車、柴油）：
     • 家用：備用發電機，使用汽油或柴油引擎，提供緊急電力。
     • 車用：傳統燃油車的引擎，透過發電機為車用電池充電；油電混合車（HEV）或增程型電動車（EREV）的引擎，直接或間接驅動發電機，為電池充電。
2. 電池
   • • 常用磷酸鐵鋰電池，安全性高、壽命長。
     • 儲存太陽能或電網電力，供家庭用電或應急使用。
     • 容量：數千瓦時（kWh）至數十千瓦時。
3. 逆變器
   • 功能：
     • 將電池儲存的直流電，轉換為家用或車用電器所需的交流電。
     • 連接電池與家庭電路，提供交流電源。
     • 部分逆變器具備並網功能，可將多餘電力回售電網。
4. 控制系統
   • 功能：
     • 監控和管理整個儲能系統，包括發電、充電、放電、逆變等。
     • 電池管理系統（BMS），監控電池狀態、保護電池。
5. 相互連接方式
   • 太陽能板或引擎發電機產生的交流電或直流電，經過充電控制器，連接到電池儲能系統。
   • 電池儲能系統的直流電，經過逆變器，轉換為交流電，供家用電器或車用馬達使用。