超圖解電學知識入門：從電的特性、運作原理到技術應用，一次完整學會！

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從生活醫療、交通娛樂到產業發展，解鎖電的奧祕！

試著想像一下你一天的生活。
早上搭上大眾交通工具，開啟藍芽連上耳機播放音樂，
接著拿起智慧型手機滑幾下回覆工作郵件，
到了辦公室則連上網路與國外客戶舉行視訊會議。
晚上一回到家，智慧家電便自動幫你開燈、調節冷氣溫度……

不管是5G行動通訊、IoT物聯網，
甚至是各種電子裝置必備的半導體等等，
推動所有現代科技的基礎正是「電」。
然而我們平常生活中不自覺使用的電，
到底是在哪裡、如何產生的，
又是透過什麼方式送到我們的手上呢？

手機電池可以隨用隨充嗎？
人體感應器是透過什麼原理運作的？
將萬物連上網路的IoT是什麼？
本書結合了淺顯易懂的文字說明和完整豐富的插圖，
讓不懂電學的零基礎讀者也能輕鬆閱讀，
並理解各種使用電力的機器的運作機制和原理。

既然你我每天的生活都脫離不了電，
認識電的基本原理就是每個現代人必備的科學素養。
如果大家對電的性質有基本認識，
也能防止漏電、短路等引發的火災和觸電意外。
而在全球都在講求永續發展和環保的現代，
更需要了解電、能源與我們的生活和環境的關係，
不妨現在就翻開本書，一起進入有趣的電學世界吧！

田沼和夫
1975年從工學院大學工學部畢業。同年4月進入日本水道公司就職，從事水處理設施的規劃設計。1988年加入財團法人北海道電氣保安協會，從事技術開發及技術教育工作。2014年起擔任北海道科學技術大學兼任講師。2017年起就任田沼技術士事務所代表。擁有第一種電氣主任技術者、能源管理士（電力領域和熱領域）及技術士（電力、電子部門）等執照。著有《寫給建築、工廠的節能教科書（ビル．工場で役立つ 省エネルギーの教科書）》、《大寫解 高壓用電設備 設施標準與構成機材基本解說（大写解 高圧受電設備：施設標準と構成機材の基本解説）》、《彩色版 家用電器設備的維護及管理 深入淺出的測定實務（カラー版 自家用電気設備の保守．管理 よくわかる測定実務）》等作（皆由Ohmsha社出版）。

前言

在二戰後的經濟高度成長時代，有三種家電神器（電視、電冰箱、洗衣機）開始在日本家庭中普及。當時，使用電力的家電產品主要只有這幾種，但如今我們的生活除了這三種家電神器之外，還充斥著冷氣、微波爐、電子鍋、電腦等各種電器產品。另外，工廠的大型機具也是由電力驅動。不僅如此，鐵路、自來水、下水道等基礎設施亦然，如果沒電的話就只是普通的鐵塊和水泥。然而，正因為電太過貼近我們的生活，而且又是肉眼看不見的東西，所以我們平時幾乎不會意識到它的存在。可以說，電的存在就跟空氣一樣。
在以前的時代，每個人都很了解自己所用的機器的運作原理。但隨著時代演進，機器變得愈來愈複雜，運作原理也變得難以理解。這種不曉得內部結構和運作原理的狀態俗稱黑箱化，但原則上只要能正常使用，黑箱化也不會有什麼問題。然而，近年有不少事故正是因為家電黑箱化所導致的。
舉例來說，在微波爐導致的火災中，很大一部分是因為使用者把鋁箔紙（金屬）放進微波爐中加熱導致。然而，如果大家知道微波爐的加熱原理並理解其危險性，就能大幅減少這種事故的發生。除此之外，如果大家對電的性質有基本認識，也能防止延長線插太多電器引發的火災和觸電意外。由此可見，認識電的基本原理是每個人在現代生活所需的重要素養。
本書將帶領各位讀者認識電，並解說各種使用電力的機器的運作機制和原理。
我們平常不自覺使用的電，到底是在哪裡、如何產生的，又是透過什麼方式送到我們的手上呢？能讓室內溫度保持涼爽舒適的冷氣又是如何轉移熱氣的？還有，為什麼智慧型手機可以讓我們跟遠方的人通話呢？本書將分成以下5個章節為大家解答這些疑問。

Chapter 1　電是什麼？
Chapter 2　讓電力得以被充分運用的電路
Chapter 3　認識如何把電應用在我們的生活中！
電的功用
Chapter 4　用電方法與電的生產和運作內幕
Chapter 5　各種運用電力的技術

在以上各章中，本書將結合淺顯易懂的文章和豐富的插圖仔細地解說，讓不懂電學的讀者也能輕鬆理解。雖然電是肉眼看不到的東西，但在腦中具體想像電力的狀態，對於理解電所引發的各種現象非常重要。因此本書的目標是讓讀者在看完插圖和文章後，腦中可以自然地浮現電的具體形象。
希望大家在讀完本書後，都能理解現代生活中不可或缺的電的本質和功用。此外，如果本書能讓各位對電產生更深的興趣，那就再好不過了。
最後，由衷感謝執筆本書時，為筆者提供指導和協助的Ohmsha社的諸位工作人員。

2022年9月　田沼和夫

前言

Chapter 1　電是什麼？
1　電燈是文明開化的起點
2　電是如何從電線桿送到住家
3　電費是怎麼計算的？
4　電很方便，但也很危險！
專欄 接地線義務化的首起高壓電觸電意外
5　「短路」和「接地」到底是什麼意思？
6 電動吸塵器的原理
7 微波爐「只」加熱食物的原理
8 冷氣降溫的原理就跟灑水一樣!?
9 為什麼被靜電電到會痛，卻不會死人？
10 人類發現靜電後花了2000年才弄清它的真面目
11 賭命實驗揭開雷的真面目
12 青蛙腿與電密不可分的關係
13 所有電池的起點
14 極光和日光燈的原理相同？
15 質子（電子）數決定原子的性質
16 「電流」就是電子的移動
17 電流可通過的導體與不可通過的絕緣體
18 電的通道「電線」分解後長什麼樣子？
專欄 能自己發電的電鰻

Chapter 2　讓電力得以被充分運用的電路
19 停在高壓電線上的鳥為什麼不會觸電？
20 讓電流通過的電路也有符號表？
21 電壓是什麼？
22 大家都聽過的「歐姆定律」
23 2種連接法「串聯」和「並聯」
24 愛迪生和特斯拉的電流戰爭
25 電壓會改變的「交流電」有多大？
26 會阻礙電流的作用統稱「阻抗」
27 交流電路的「相位差」是什麼？
專欄 插座有左右之分!?

Chapter 3　認識如何把電應用在我們的生活中！電的作用
28 用空氣燒開水
29 靠電子加速和碰撞發熱的家電產品
30 電流與光的關係
31 磁鐵中存在很多小磁鐵
32 用電產生的「電磁鐵」
33 利用電磁鐵發出聲音的揚聲器
34 為什麼MRI能用強力磁鐵掃描人體內部？
專欄 電阻突然變成零的「超導」
35 線圈的「搗蛋鬼」性質和電
36 如何讓線圈產生的電壓增強？
37 從線圈和磁鐵認識發電機的原理
38 把電的電壓轉換成適合居家使用的變壓器
39 電動機能平滑轉動的原理
40 利用電波分析天氣的氣象雷達
41 電波是什麼？
42 天線能發送電波也能接收電波
43 在太空中收發電波的衛星通訊
44 鐵會生鏽的原因
45 鏽的本質就是電
46 利用化學方式取出電力的電池
47 在物體表面覆上金屬材料的電鍍
專欄 電力小偷和法律

Chapter 4 用電方法與電的生產和運作內幕
48 從使用到充電都不需要插電!?
49 認識乾電池的內部結構
50 汽車用的鉛蓄電池
51 智慧型手機也用到的鋰電池
52 燃料電池不是電池？
專欄 總能源效率優秀的家用燃料電池
53 被喻為超大型蓄電池的抽蓄發電
54 利用自然水循環發電的水力發電
55 原理跟燒水推動風車一樣的火力發電
56 發電原理類似火力發電的核能發電
57 我們身邊可用來發電的能源
58 以半導體為要角的太陽能發電
59 結構比外表看來更加複雜的風力發電
60 掘井取得發電源的地熱發電
61 每天都會看到的電線桿和電線
62 從發電到把電送到家裡
63 電源頻率可以改變嗎？
64 日本東西部電源頻率不同的歷史背景
65 停電有3種
專欄 鋰電池與諾貝爾獎

Chapter 5　各種運用電力的技術
66 生活隨處可見的半導體
67 認識半導體的原理！
68 LED的優點與發光原理
69 令家電產品達到省電功效的逆變器
70 如何解釋類比訊號和數位訊號的差別？
71 為什麼網路線改用光纖取代電線？
72 5G等行動通訊系統
73 設置伺服器提供服務的資料中心
74 將萬物連上網路的IoT
75 車子的引擎、方向盤、煞車等都是用電腦控制
76 為什麼不用觸摸身體就能測量體溫？
77 偵測到人就會開燈的人體感應器
78 血壓計等壓力偵測器是怎麼測量壓力的？
79 照相機等電子產品的感光元件可將光線轉換成電子訊號

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