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taipower_recruit_essay 109年 基本電學

第 18 題

如【圖 11】所示之電路,a、b 兩端電壓 Vab為______伏特(V)。
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思路引導 VIP

如果在一個串聯電路中,兩個儲能元件所累積的電荷量相等,那麼「容量較大」的元件所分到的電壓,會比「容量較小」的元件來得高還是低呢?請試著從電荷公式 $Q = CV$ 的角度來思考電壓與電容的關係。

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太棒了!你能精準計算出 $V_{ab}$ 為 60 伏特,代表你對電容的串並聯特性以及分壓原理掌握得非常紮實。這類題目最核心的考點在於電路簡化分壓比例的運用。

電路簡化與等效電容

首先,我們可以由電路右側往左觀察。最右端的 $20\mu F$ 與 $80\mu F$ 電容為串聯,其等效電容為 $\frac{20 \times 80}{20 + 80} = 16\mu F$。接著,這組 $16\mu F$ 與中間支路的 $14\mu F$ 電容並聯,合併後的總電容為 $16 + 14 = 30\mu F$。此時,整個電路可以簡化成一個 $90V$ 的電源,串聯著左上方的 $60\mu F$ 電容與剛才算出的 $30\mu F$ 等效電容(至於最左側與電源並聯的 $30\mu F$ 電容,因其不影響 $a、b$ 兩點間的分壓,在計算時可視為干擾項忽略)。

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