串聯與並聯

進階

串聯只有一條電流路徑,一處斷全停、燈泡較暗;並聯有多條支路,一處斷其他照常。家中電器全部並聯。

適合:中二科學 · 單元:電的使用 · 建議學習路徑第 8/19 課

學完呢課,你會識:
  • 串聯:一條路徑,一處斷全停,燈泡較暗。
  • 並聯:多條支路,一處斷其他照常,燈泡各自正常亮度。
  • 串聯時電池電壓由各燈泡分擔。
文體:科普知識有聲朗讀

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科學Science

§課文原文 Passage

1實驗桌上兩個燈泡、一枚電池:把燈泡首尾相連成一條線是一種接法,把兩個燈泡各佔一條支路又是另一種。前者叫串聯,後者叫並聯 — 接法不同,表現完全兩樣。

2串聯電路只有一條電流路徑:電流依次流過每個元件,每個燈泡只分到部分電壓,所以偏暗;任何一處斷開,全部熄滅。並聯電路則在分流點分成多條支路:每條支路都直接取得電池電壓,燈泡亮度正常;一條支路斷開,其餘照常。

3家中正是並聯的世界:電燈、風扇、雪櫃、電視各自開關、互不干擾。試想像如果全家電器串聯 — 關掉一盞燈,全屋電器都要停;一個燈泡燒壞,整屋陷入黑暗。

4並聯方便,但同一插座插滿電器又會帶來新問題:電流過大怎麼辦?下一課講用電安全。

1重點摘要 Summary

串聯只有一條電流路徑,一處斷全停、燈泡較暗;並聯有多條支路,一處斷其他照常。家中電器全部並聯。

2生字卡 Vocabulary

S
Series circuit串聯電路

元件首尾相連、電流只有一條路徑的接法。

P
Parallel circuit並聯電路

電流分成兩條或以上支路流動的接法。

B
Branch支路

並聯電路中電流可通過的其中一條分路。

J
Junction分流點

電路中電流分開或匯合的位置。

B
Brightness亮度

燈泡發光的強弱:串聯的燈泡較暗,並聯的燈泡各自保持正常亮度。

B
Break斷路

電路某處斷開令電流停止:串聯一處斷全停,並聯只停該支路。

H
Household wiring家居電路

家中電器以並聯方式連接的電路,各電器可獨立開關、互不影響。

C
Current split電流分配

並聯時總電流在分流點分成多份,各支路只取得其中一部分。

3逐步講解 Steps

  1. 串聯:一條路徑串聯是把元件逐個首尾相連,電流只有一條路可走:把兩個燈泡依次連接後再接上電池,電流便依次流過兩個燈泡,流過每個燈泡的電流都相同,這是串聯最重要的特點。不過兩個燈泡要分擔電池的電壓,每個分到的電壓減半,所以兩燈都比單燈時暗。舊式聖誕燈串正是串聯的典型例子。
  2. 串聯一斷全停串聯電路的最大弱點是一斷全停:旋出串聯電路中任何一個燈泡,電路立即斷開,另一個燈泡也馬上熄滅,因為唯一的路徑中斷了,電流無處可走。舊式聖誕燈一粒燒壞,整串便失去照明,正反映這個缺點;修理時也要逐粒檢查,相當費時。這解釋了為什麼家居電路不採用串聯。
  3. 並聯:多條支路並聯是把元件分別接在相同的兩個接點之間,形成多條支路:電流在分流點分成兩路,各自流過一個燈泡,每條支路都取得電池的全部電壓,所以每個燈泡都像單獨接電池一樣亮。家居電路全部採用並聯,各電器接在不同支路上,互不影響,可以獨立開關,正是因為這個特性。
  4. 並聯一斷另一仍亮並聯的優點是各支路獨立運作:旋出並聯電路中一個燈泡,另一個照常亮著,因為電流改走仍然接通的支路,電源不受影響。家居中一盞燈壞了,其他燈和電器照常工作;牆上插座即使空著,也不妨礙其他插座供電,全是並聯的功勞。這種可靠性正是現代電路設計追求的目標。
  5. 亮度比較把同一電池接上不同組合,亮度立即分出高下:一個燈泡直接接電池最亮;兩個並聯時,每個都取得全部電壓,各自接近正常亮度;兩個串聯時,電壓被平分,明顯較暗。串聯的燈泡越多,每粒分到的電壓越少,整串也越暗。這個比較實驗能直觀展示兩種接法的差異,宜親自動手做一次。
  6. 日常例子判斷接法先數電流共有多少條路徑:家中的電燈、電視、雪櫃全部並聯,可以獨立開關,一件壞了不影響其他;舊式聖誕燈飾則是串聯,一粒壞全串熄。汽車的車頭燈也並聯,一邊燒壞另一邊仍亮,夜間行車才有保障。可見並聯既可靠又靈活,是現代生活用電的主流選擇,串聯則見於特殊場合。

4圖解 Diagrams

串聯 vs 並聯 Series vs parallel串聯 Series:一條路徑 one loop一處斷 → 全部熄兩燈攤薄電壓 → 較暗 dimmer並聯 Parallel:多條支路 branches一處斷 → 其他支路照亮家中電器全部並聯 everything at home聖誕燈用串聯(慳線);屋企插座用並聯(獨立開關、電壓一樣)
圖 1:串聯與並聯電路對照
家中電路:全部並聯 Household circuits are parallel配電箱consumer unit開關電燈Lamp開關雪櫃Fridge開關冷氣Air-con開關電視TV每條支路獨立開關:壞一部其他照用,每邊電壓都一樣 Each branch works on its own
圖 2:家中電器並聯示意

5例題示範 Example

例題:一串舊式聖誕燈由 10 個相同燈泡串聯而成。為什麼每粒都相當暗?若其中一粒燒壞,會發生什麼事?

  1. 串聯電路只有一條電流路徑,10 個燈泡依次通過同一電流。
  2. 電池的電壓由 10 個燈泡分擔,每粒只分到約十分之一的電壓。
  3. 每粒燈泡分到的電壓小,發出的光暗。
  4. 其中一粒燒壞即令電路斷開,整串燈全部熄滅。
  5. 答案:串聯電路只有一條路徑,同一電流依次通過 10 個燈泡;電池的電壓由 10 個燈泡平均分擔,每粒只得到約十分之一,所以光度遠低於正常。若其中一粒燒壞,整條電路斷開,電流無法通過,整串燈便全部熄滅。要燈泡互不影響,應改用並聯接法。

6常見錯誤 Mistakes

✗ 「並聯電路拆走一個燈泡,全部都熄。」
✓ 恰恰相反:並聯只影響該支路,其他燈泡照常亮;串聯才會全停。
✗ 「串聯燈泡同單燈一樣光。」
✓ 串聯時電壓被各燈泡分擔,每個都比單獨接電池時暗。
✗ 「家居電器是串聯。」
✓ 家居電路是並聯 — 各電器可以獨立開關,一件故障不影響其他。
✗ 「並聯支路越多,每個燈泡越暗。」
✓ 並聯各支路都取得電池電壓,燈泡亮度基本不變。

75 題快測 Quick check

Q1串聯電路中電流有幾條路徑?

Q2並聯電路中拆走其中一個燈泡,其餘燈泡會怎樣?

Q3同一電池下,兩燈串聯與兩燈並聯,哪個組合較亮?

Q4家中電器採用哪種接法?有什麼好處?

Q5舊式聖誕燈飾一粒燒壞全串熄滅,說明它採用什麼接法?

8重點回顧 Recap

  • 串聯:一條路徑,一處斷全停,燈泡較暗。
  • 並聯:多條支路,一處斷其他照常,燈泡各自正常亮度。
  • 串聯時電池電壓由各燈泡分擔。
  • 家居電路用並聯,電器可獨立開關。
  • 判斷接法先看電流路徑:一條是串聯,有分流是並聯。

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