Ch7 能量與生活 7-1能量的形式與轉換

功（Work） 功 施力作用於物體使物體產生位移，則該力所做的功等於力與位移的內乘積（純量）。 施力＝0 位移＝0 功＝0 力與位移垂直 功＝力×力方向的位移 ＝位移方向的力×位移 重力 重力方向位移h 位移S 重力做功＝mg×h ＝mg//×S ＝W×h mg///W＝h/S

功與能關係 功是因施力轉移能量的一種方式，物體具有能量可對外界做功，但不一定要對外界。 1.力與位移同向 W＞0 正功 施力體失去能量，受力體獲得能量 2.力與位移反向 W＜0 負功 施力體獲得能量，受力體失去能量

動能（Kinetic energy） 動能：物體運動時，可對外界做功，此時物體具有能量稱為「動能」。 功-動能定理 功=動能變化量

位能 因位置或結構改變而儲存在物體的潛在能量稱為「位能」。 彈力位能 重力位能

重力位能 物體在地表附近兩高度差之間，所存在的重力位能差等於系統中重力做功的負值。 遠離 靠近 重力位能差 ＝重力×高度差 地面

力學能守恆定律 力學能：系統中動能與位能總和。 力學能守恆定律：若系統僅受保守力作用（功），則任一時刻系統的力學能不變。 動能為零 位能最大 動能最大 位能最小 動能、位能 均不為零

力學能守恆證明 若系統僅受重力作用（功），根據功-動能定理及重力位能定義 訂地面為重力位能零位面 若系統僅受重力作用，系統在任何時刻動能與重力位能的和（力學能）不變，此為力學能守恆一例。

能量守恆定律 能量：表示物體做功本領大小的物理量，以各種不同形式存在。 能量守恆定律 能量不會無中生有，亦不會憑空消失，只能由一形式轉換到另一形式，也就是說能量總和不變。 能量在轉換過程，總是會產生一部份無法使用的能量。 如果能量總和改變，科學家會找尋可能忽略或未知形式的能量。

Ch7 能量與生活 7-2 核能

核分裂 核分裂：較重的原子核，主要是指鈾或鈽，核內靜電排斥力較顯著，較不穩定，以中子撞擊後分裂成數個質量相近的原子核的反應。 1939年，德國人哈恩（Hahn）和助手史特拉斯曼 （Strassmann ）發現以中子撞擊鈾-235會產生鋇。獲得1944年諾貝爾化學獎。 1939年，奧地利人麥特娜（Meitner ）和姪子Frisch 用細胞分裂來描述哈恩的發現，將此反應稱為「核分裂」。 兩人為柏林大學同事

鈾-236 鈾-235 慢中子 慢中子被鈾235捕獲後，形成複核鈾236處於激態，此激態原子核不再是球狀，當原子核的形狀變長時，表面張力會將它拉為球狀，而質子間的庫侖斥力卻會將兩端推開，若激發能夠大，表面張力便無法再將複核束縛在一起，原子核中間出現頸部，而分裂成兩個碎片。

核能 核能：儲存於原子核內的位能。 質能互換：愛因斯坦（Einstein）在1905年狹義相對論中提出質量和能量可以互相轉換 1g質量減少可產生9×1013J，相當於燃燒三百萬公斤煤所放出來的熱，也相當於二千五百萬度的電能。

鏈鎖反應 原子核分裂後會產生更多中子，這些中子可以繼續撞擊未分裂的原子核，使反應自行持續進行，稱為鍊鎖反應。

核分裂應用 原子彈、核能發電 提高鈾-235濃度：自然界的鈾礦中，只有0.7％是鈾-235，其餘是鈾-238。若要使大規模核分裂發生，必須提煉出高純度的鈾-235。核能發電廠鈾-235的濃度須提高到3~5％，原子彈濃度更須提高到90％以上。 鈾料的量必須大於臨界質量：小於臨界質量，鈾料的體積不夠大，則中子在其行進路徑上，尚未撞到任何原子核之前就已逸出鈾料的邊界之外，而沒有足夠數量的中子可引發鍊鎖反應。

核能發電廠（沸水式） 燃料棒（U-235）產生熱能，可使水沸騰成水蒸氣推動汽輪機轉動，帶動發電機發電。 緩和劑:使中子速度減慢 控制棒:吸收中子(鎘或硼)以控制核反應速度 燃料棒（U-235）產生熱能，可使水沸騰成水蒸氣推動汽輪機轉動，帶動發電機發電。

核能發電廠（壓水式） 目前世界上數量最多的是壓水式核電廠，其次是沸水式核電廠，而我國核一、二廠採用後者，核三廠則採用前者之設計。這種設計可以確保汽輪機使用的蒸汽絕無核分裂反應所產生的放射性物質，但因系統較為複雜，故運轉與維護也較沸水式反應器費事。此外，壓水式反應器的控制棒設在壓力槽上端，由上向下抽插，比起沸水式反應器由下往上的設計在運作與保養上較為方便。 水被加熱至華氏600度，但水受高壓作用，並未沸騰。熱水流至蒸汽產生器，將管外水變成水蒸氣推動汽輪機轉動，帶動發電機發電。

輻射 核分裂時會放出高能量的輻射，包含放射線與放射性同位素： α、β、γ射線﹑中子及其他重原子核（Ba、Kr等）。 放射線：α、β、γ射線 1896年，法國人貝克勒（Becquerel）發現鈾元素具有放射性。 1898年，波蘭人居里夫婦（Curie）發現釷、釙、鐳元素具有放射性。

輻射劑量 吸收劑量（absorbed dose）：人體組織器官單位質量所吸收的輻射能。 人體侖琴當量（ Roentgen Equivalent Man ）：生物受輻射傷害程度 品質因素 (quality factor QF ) ：也稱為相對生物效力(relative biological effectiveness) ，是生物體受到不同輻射所造成傷害的相對程度，隨著不同種類輻射，不同組織暴露於輻射中影響也會不同 QF=1大約是受到200keV的X光造成的傷害 人體侖琴當量=吸收劑量 ×品質因子

核融合 核融合：兩個輕原子核合成一個較重原子核的反應。 優點 原料充足：水中約有0.015％重水。 產物無放射性。 需提供約1億度溫度環境，使原子核接近至核力作用範圍（10-15m）以克服質子間靜電排斥力。 10MeV/核子＞1MeV/核子＞1eV/分子

Ch7 能量與生活 7-3 地球的能源

地球能源-太陽能 太陽能電池 反射面鏡 生質能 化石燃料 風力 水力(潮汐)

Ch7 能量與生活 7-4 能源的有效利用與節約

能源危機