🔥 電功率與電能 - Physics Lab

實驗介紹

電功率是「每秒消耗多少電能」。它有三個等價的算法——不管你把哪個滑桿怎麼拉，三個數字永遠一模一樣。

下半部有一根保險絲。電流超過額定值，它會當場熔斷、電路開路、所有讀數歸零。按「重設」才會復原。

物理知識

三個寫法，一個量

\[P = VI = I^2R = \frac{V^2}{R}\]

它們是同一件事的三種說法，因為 $V$、$I$、$R$ 本來就被 $V=IR$ 綁在一起。知道任意兩個，第三個就決定了。

用哪一個純粹看哪個量是固定的：

場合	固定的量	用哪個	誰大誰亮
串聯	$I$	$P = I^2R$	電阻大的較亮
並聯	$V$	$P = V^2/R$	電阻小的較亮
只知道讀數	都沒有	$P = VI$	—

電能與電費

功率乘上時間就是電能：

\[E = Pt\]

單位是焦耳（J）。但一度電不是 1 J——台電的「一度」是 1 kWh：

\[\begin{aligned} 1\ \text{kWh} &= 1000\ \text{W} \times 3600\ \text{s} \\ &= 3.6\times10^6\ \text{J} \end{aligned}\]

一顆 1000 W 的電鍋用一小時，就是一度電。一顆 10 W 的燈泡要用 100 小時才一度。

保險絲：用電流當開關

保險絲是一段熔點很低的細線，串聯在電路上。電流越大，$I^2R$ 產生的熱越多；電流超過額定值，它就燒斷，把電路切開。

⚠️ 保險絲一定要串聯。並聯的話它只保護自己那條分支，主線上的大電流照樣通過。
⚠️ 額定值要選剛好夠用的。選太大，電器燒了保險絲都還沒斷；選太小，正常使用就跳電。
⚠️ 換保險絲不能換更粗的，那等於沒有保險絲。

生活中的例子

💡 LED 燈泡只要幾瓦，同樣亮度白熾燈要幾十瓦——因為 LED 把更多電能變成光而不是熱。
🔥 電熱水壺動輒 1500 W 以上，因為它的工作就是把電能全部變成熱，功率越大水滾越快。
📊 電費單上的「度」就是 kWh。不看功率看電能，才對得起錢包。
⚠️ 延長線有額定電流。同時插電鍋、熱水壺、微波爐，電流超過額定值就是電線走火的前奏。

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📊 實驗探究思考

看「P = VI」「P = I²R」「P = V²/R」三張卡片。它們一樣嗎？拉任何一個滑桿再確認一次——為什麼三個完全不同的算式會給同一個答案？
把電器電阻 R 調小，電功率怎麼變？那電流呢？生活裡「電阻小的電器越耗電」是對的嗎？
按開始，看「累積電能」那一格。它增加的速度和功率有關係嗎？
把保險絲換成 1 A。電流超過 1 A 的那一刻發生了什麼事？熔斷之後伏特計還讀得到電壓嗎？
為什麼保險絲要串聯在火線上，而不是並聯？如果並聯會怎樣？