自然與生活科技 上課大綱 授課老師： 林福榮 老師.

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1 自然與生活科技 上課大綱 授課老師： 林福榮 老師

2 中秋節快樂 中秋夜月亮

3 The moon rising now

4 超級月亮Sunday,6/23, 2013,

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8 林福榮助理教授學歷簡介 省立屏東師範學校畢業: 正式國民小學教師資格 國立台灣師範大學化學系畢業: 理學學士:正是國中，高中教師
國立台灣師範大學暑期化學研究所四十學分班畢業 國立高雄師範大學教育研究所四十學分班畢業 國立高雄師範大學教育研究所學校行政碩士班肄業 國立高雄師範大學科學教育研究所碩士班畢業:理學碩士 國立高雄師範大學科學教育研究所博士班畢業:理學博士 理學學士 理學碩士 理學博士 教育學碩士四十學分 化學研究所碩士四十學分 學校行政碩士肄業修滿四十學分少論文發表

9 污水理論 一杯清水因滴入一滴污水而變污濁，一杯污水卻不會因一滴清水的存在而變清澈。

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11 日環蝕(annular eclipse)

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16 Partial lunar eclipse 中華民國101年六月四日，Mon. June

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18 Ptolemaic system 圖片來源：

19 前言 　　人纇觀察自然，發現問題並且探討各種現象變化的原理科學 ；同時運用原理來創造新科技以適應環境，並應用科技於，以解決所面臨的問題，改善生活環境它是人類求生存的本能，亦是人類文明進化的推手。 　　自然科學與生活科技是融合了(環境、生態與科學)與生活科技的領域為一種研究範疇，以促進理論與實際的配合，自然與科技的協調，及日常生活中抽象與具體之統整，以達到美好生活的目標。因此，自然科學與生活科技是現代生活必須具備的知識，亦是大學領域的學生瞭解自然、科學、科學方法及科技新知識的入門基礎。以下重點說明上課的課程教材內容簡述如后:

20 課程教材 第一週 導論： 課程簡介與說明 第二、三週 ：科學研究法、科學發展史與刻卜勒行星運動定 律
第二、三週 ：科學研究法、科學發展史與刻卜勒行星運動定 律 第四～六週：原子構造與物質的物理化學性質及燃素說與氧 化說 第七、八週：牛頓力學與浮力原理及伯努力定律 第九週：期中考週：期中考試或作業繳交 第十、十一週：熱力學及功與電的科技 第十二、十三週：聲光美學與奈米科技 第十四、十五週：生命現象、演化、遺傳與營養 第十六、十七週：我們的地球、環境與永續發展

21 建立學生對自然科學與生活科技的正確概念，了解各個不同領域的自然科學與生活科技的內涵與真諦 ，並體認自然與科技在人類文明中的價值與地位，進而運用自然科學與科技觀點於生活境遇之中，來改善自然環境生活與解決日常生活問題的能力並能促進生活科技的進步與發展。

22 第一章 自然科學 1-1 自然科學與人類物質生活 1-2 自然科學的發展與人類文明演進 1-3 自然科學的研究與學習 1-4 重點整理

23 Natural of Science科學本質
特性： 一、互為主觀，可驗證性 二、可靠性，可信度 三、明確與精確性 四、一致性或系統性 五、理解性 六、科學的內涵：

24 定義： AAAS(1989)：科學世界觀、科學探究活動、及科學事業。 (一)科學世界觀(scientific world view)：(知識論) 1.自然界是可理解的。 2.科學知識是可改變的。 3.科學知識並非很容易就可推翻。 4.科學並非萬靈丹能解決所有問題。

25 科學本質 AAAS(1989)：科學世界觀、科學探究活動、及科學事業。
(一)科學世界觀(scientific world view)：(知識論) 1.自然界是可理解的。 2.科學知識是可改變的。 3.科學知識並非很容易就可推翻。 4.科學並非萬靈丹能解決所有問題

26 (二)科學探究活動(scientific inquiry)：(方法論)
1.證據對科學而言是重要的。 2.科學是邏輯與想像的合成體。 3.科學知識除了能說明自然界的現象，也具有預測的功能。 4.科學家會試著驗證理論及儘量避免誤差。 5.既定的科學知識並不具有永久的權威地位，常態科學會影響科學的研究方向，但必要時仍會產生科學革命。

27 (三)科學事業(scientific enterprise)： 1. 科學是許多不同科學領域的集合。 2. 科學的事業有許多機構來進行。 3

28 T4 T2 1543年─哥白尼：(天體運行論)以太陽為中心(日心論) 1.伽利略：望遠鏡→h=1/2gt2 2.刻卜勒：行星三大運動定律
第一定律：「軌道定律」─ 所有的行星 繞著太陽做橢圓形軌道運行 第二定律：等面積定律─ T=T2-T1=T4-T3 T T2 T T T T1 第三定律：週期定律 R = R =K T T22

29 太陽系的主要成員：由左至右依序為（未依照比例）海王星、天王星、土星、木星、小行星帶、太陽、水星、金星、地球和月球、火星，在左邊可以看見一顆彗星

30 複色光分解為單色光的現象叫光的色散．牛頓在1666年最先利用三棱鏡觀察到光的色散，把白光分解為彩色光帶(光譜)
複色光分解為單色光的現象叫光的色散．牛頓在1666年最先利用三棱鏡觀察到光的色散，把白光分解為彩色光帶(光譜).色散現象説明光在介質中的速度。

31 色散現象 把白光分解為彩色光帶(光譜).色散現象說明光在介質中的速度(或 折射率n=c/v)隨光的頻率而變。光的色散可以用三棱鏡,衍射光柵，干涉儀等來實現. 光的色散證明瞭光具有波動性。 在光學方面，牛頓用三稜鏡進行光的實驗，把白光分解成紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫 七種顏色的光帶。他通過倒置稜鏡，又把七色光帶綜合為白光。這樣，就正確解釋了 ...

32 牛頓白光七原色實驗

33 牛頓白光的色散實驗

34 科學研究方法解說 1.科學知識 2.科學方法: a.演繹法(Deduction)→前提正確 ，結論 必然獲 得證實
b.歸納法(Induction)→從許多實驗的結果，統整 出通則性的規律。 c.溯因法(Abduction)→從現象結果去追溯原因， 產生假設解釋的過程。 Smile is the best medicine(座右銘:最佳養生之法) Look before you leap。(三思而後行)

35 科學方法 科學是具備真理及客觀的系統知識，故研究科學的方法須具邏輯推理能力，以有組織、有系統的邏輯方式推論或推倒自然現象，得出結果。

36 演繹法 1.演繹法的定義 演繹法是傳統科學體系所建立之科學方法，是以由已知的條件或定律，推演出新體系的知識，或將已知的定律予以運用的科學方法。演繹法盛行於古典傳統科學的研究上。凡人都會死，牛頓是人，所以牛頓會死。 2.演繹法的使用 1.亞里士多德(Aristotle)的三段論：大前提、小前提、結論，如著名之「人會死，蘇格拉底(Sokratws)是人，所以蘇格拉底會死」。 2.由畢氏定理斜邊平方等於兩股平方合推出52=42+32、132=122+52及172=152+82等。 3.冥王星及海王星的發現：冥王星及海王星是依據七大行星之距離推倒其存在，再經由觀察得之。

37 歸納法 1.歸納法的定義 1.歸納法是近代科學所發展出的研究方法，此法是多次觀察自然現象並且加以記錄，再對記錄加以分析、比較後得出推論，此推論是一種假設，還須經過實驗加以證明，最後將此證明以圖表或公式形成學說或定律。 2.歸納法的建立，使近代之自然科學發展進入嶄新及嚴謹的時代，不再以演繹法之少數明顯的前提，推論自然科學之現象，因此歸納法所證明出的原理，有時會推翻古典科學的結論。 3.如亞力士多德認為重物較輕物自高處落下速度快，伽利略(Galieo)則以歸納法推翻亞里士多德的看法。伽利略把一個光滑的小球放在一個光滑平直的斜面上，讓小球自由滾落，再測量小球在每單位時間內滾過的距離，找出時間與距離的關係，發現小球的速度ｖ與運動時間成正比，即ｖ=gt，小球落下距離Ｓ與運動時間的平方成正比S=gt2，故小球落下與其重量大小無關，此為自由落體定律。

38 歸納法 2.歸納法的應用 1.牛頓－(Sir Isaac Newton)「三大運動定律」及「萬有引力定律」。
2.法拉第定理－法拉第(Faraday)在十九世紀，於一塊空心鐵圈上繞上線，將磁鐵由上而下投入，使得電流表產生偏轉，即電磁效應之產生，此是電動機產生之原理。 3.伽利略－自由落體即拋物運動定律 4.波以耳定理－波以耳(R. Boyle)認為，定量之氣體在溫度條件不變下，此氣體的壓力與體積變化成反比。

39 科學的精神 現在自然科學發展著重以觀察、實驗及歸納之方法，即以「大膽假設、小心求證」精神將客觀的真理呈現出來。因此科學精神為： 1.科學精神是指從事科學工作時的態度即信念。 2.科學精神是實事求是及鍥而不捨的工作態度。 3.科學精神是客觀審慎的態度。

40 (一)溯因推理的背景 亞里斯多德(334, BC) 首創演繹推理體系，他在《前分析篇》中提出還有另外一種叫做a′παγωγη′ 的推理方法。
皮爾斯於1878年將這種推理方法介紹引入科學邏輯推理中，命名為溯因推理(Abduction) 漢森在《發現的模式》中，以開普勒發現行星橢圓形運動軌道的推理過程為案例，溯因推理在新觀念的產生和科學發現中的價值，才開始被越來越多的學者所認識，

41 (二)溯因推理的意義 溯因推理是從有待解釋的觀察事實出發，利用背景知識和試探性構想，溯本求源，尋求和選擇最有可能成立的假設和解釋的一種推理過程(Peirce,1903)。 溯因推理是解釋已知事物的過程，亦是對一組觀察，產生最佳解釋的過程(Johson, Zhang, 1995；Magnani, 2001, 2009)。

42 (三)溯因推理的重要性 溯因推理是從「被解釋項到解釋項」的追溯，尋找解釋項的過程就是科學發現的過程，也是科學定律、科學原理產生的必要路徑 (Peirce, 1903 ; Hanson,1958) 。 溯因推理從觀察到的客觀現象出發，提出新的命題和假設，對概括出的結論進行解釋，是增加理論知識的有效方法，在假設的形成和驗證中具有重要作用。 皮爾斯認為：新知識產生的任務只能通過溯因推理來完成，它是導向任何新觀念的唯一邏輯運作。如果沒有溯因推理，幾乎無法產生新的科學知識，在日常推理和科學推理中扮演十分重要的角色。

43 (四)溯因推理與演繹、歸納推理的比較

44 猜測：猜想推測 猜測：疑也，推測也。 懷疑，比喻還沒有弄明白的或難以理解的事物。揣測、推理、猜度、料到、料想、胡猜、揣想。

45 假設 先行設定某此事項為正確，以為邏輯推理或實驗求證的出發點，亦為假設。
hypothesis假設，為數學名詞，有一假設的事項，先以這事項為正確，以為推理的數據，事項稱為假設。(大辭典) 在哲學裡假設指：一、未經證實或尚未普遍被接受的假定，前設或臆測。二、任何無法完全給予加以證實，而只能不斷被加以檢證的斷言。

46 溯因法的推理步驟: 觀察現象 猜測原因 形成假設(可以正確解釋的答案) 解釋 檢驗 強調;猜測與假設的區別。

47 科學的方法 演繹法 歸納法 溯因法

48 科學的方法_演繹法 演繹法的內容 演繹法是以由己知的條件或定律，推演出新體系的知識，或將已知定律予以應用的科學方法 演繹法的應用
亞里士多德的三段論:大前提、小前提、結論，如著名之｢人會死，蘇格拉底是人，所以蘇格拉底是人｣

49 科學的方法_歸納法 歸納法的內容 歸納法的建立，使近代之自然科學發展進入嶄新及嚴謹的時代，不在以演繹法之少數明顯的前提，推論自然科學之現象，因此歸納法所證明出的原理，有時會推翻古典科學的結論，如亞里是多得認為重物較輕物自高處烙下速度更快，伽利略則以歸納法推翻期的看法

50 科學的方法_歸納法 歸納法的應用 牛頓－(Sir Isaac Newton)「三大運動定律」及「萬有引力定律」 法拉第定律
伽利略－自由落體及拋物運動定律 波以爾定律

51 自然科學的精神 現代自然科學發展著重以觀察、實驗及歸納之方法，及以「大膽假設、小心求證」精神將客觀的真理呈現出來。 自然科學的精神是指:
從事科學工作時的態度及信念 實事求是及鍥而不捨的工作態度 客觀審慎的態度。

52 從教學典範(instruction paradigm)轉向學習典範(learning paradigm)
推動重點 – 概念架構 從教學典範(instruction paradigm)轉向學習典範(learning paradigm) 課程 學制(時間) 環境(空間) 以學習者為中心的教育典範 人員 組織 治理

53 推動重點 – 計畫願景 現況 參與者共同建構 問題導向 學科導向 (分布式知識) (集中型知識) 教學者主導 學習生態演化 學習生態演化
(漸進性) 學習生態演化 (革命性) 學科導向 (集中型知識) 問題導向 (分布式知識) 學習生態演化 (漸進性) 現況 教學者主導

54 Planning Analysis Design Design Implementation Design Implementation
Subproject1 Implementation Subproject2 Design Implementation Implementation Subproject3 System

55 Planning Analysis Analysis Design Implementation Analysis Design
System Version1 Iteration1 Analysis Implementation Design System Version2 Implementation Iteration2 System Version3 Iteration3

56 第二章 物質與材料 2-1 原子構造與物質的物理及化學性質 2-2 物質的三種狀態 2-3 化學反應 2-4 化學工業 2-5 建築材料
第二章 物質與材料 2-1 原子構造與物質的物理及化學性質 2-2 物質的三種狀態 2-3 化學反應 2-4 化學工業 2-5 建築材料 2-6 石化工業

57 物質與材料 宇宙四大因素 物質(matter)-具有質量，佔有空間 能量(energy)- 由物質變化而成 E=mxc2
時間(time) - 主宰物質的變化 空間(space) - 位置

58 物質 (由原子組成) 1.純物質 化合物H2O(水)、Nacl(鹽) 元素：105種， O、H、C 2H2 +O2 2H2O
2.混合物：由兩種或兩種以上的純 物質無依定比例混合而成 →空氣、岩石。 原子的結構 原子核 P ：質子(+) N：中子(x) 電子(-)

59 質量 電性 電量 電子 9.1*10-31 kg ─ -1.6*10-19 質子 1.67*10-27kg + +1.6*10-19 中子 1.675*10-27 kg x no x 值量大小：中子>質子>電子 質量數：質子+中子 原子序：電子數或質子數 同位素-中子數不同，電子、質子相同 Solid(固)：一定體積，一定形狀 Liquid(液)：一定體積，無一定形狀 吸 昇華 Gas(氣)：都沒有 凝固 s 凝華 熔化 l 凝結 g 汽化

60 化學反應 C+O2 CO2 1.化合反應：2H2+O2 2H2O 2.分解反應：CaCO3 CaO+CO2 2NaCl 2Na+Cl2
3.取代反應：Na+H2O H2+NaOH 2K+2H2O H2+2KOH C+Fe2O Fe+CO2 4.複分解反應：NaCl+AgNO NaNO3+AgCl

61 以氧化數法平衡化學方程式 ()Cu+()HNO3 Cu(No3)2+()H2O+()NO2

62 5.光合作用：CO2+H2O 葉綠素 1/n(CH2O)n+O2
6.化學工業：玻璃：主要成分 SiO2(二氧化矽) 「回火」(急速冷卻) 7.混凝土： 水泥：沙：碎石→1：2：4 8.原油 70℃ →石油 醚 分餾 ℃ →輕汽油 200 ℃ →飛機用油、高級汽油 300 ℃ →重油、柴油 400 ℃ →工業油 9 .塑膠： 熱塑性塑膠(線性)PVC 熱固性塑膠(網狀結構)，不怕熱

63 以氧化數法平衡化學方程式 (3)Cu+(8)HNO Cu(No3)2+(4)H2O+(2)NO

64 石油的化學式 由原油提煉出的汽油(gasoline)，主要成份是戊烷pentane(C5H12)到辛烷octane(C8H18)，柴油(diesel fuel)和煤油(kerosene)是壬烷nonane(C9H20)到十六烷hexadecane(C16H34)，十六烷以上就是

65 10. 合成纖維 天然纖維 人工纖維：由已二酸與環六次甲基二胺聚 合而成的尼龍或由對苯二甲酸與乙二醇聚 合而成的聚脂

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67 自然科學 化學簡介 無機化學 有機化學 分析化學 普通化學 儀器分析 光譜分析

68 無機化學 研究不含碳氫化合物的化學叫:無機化學，如CO2, CO, NO2, SO2,HNO3, HCL,H2SO4
凡能與水反應而生成腐蝕性酸類的化合物，例如三氯化磷，亦均係危險之物，二氧化碳在濃度小時(千分之幾)無毒， 而且每種生物體內， 均生成此物。但一氧化碳和氰則是劇毒

69 無機化學 在金屬中，屬於第一至第三週期的元素均無毒。序數較高的金屬，既屬於第四至第七週期的金屬，通常能生成毒性陽離子，而且週期越高毒性越強。吾人可將鋅、鎘、汞或鋁、鎵、鉈族各元素分別加以比較，既可看出序數增高時毒性急遽加強。但此處亦有例外，例如錫和鉍。

70 無機化學 鈣為人體內永久成分之一，屬於二級元素，為構成人體骨骼的重要重要成分。氯化鈣常用作注射劑，而氯化鋇則是非常劇烈的毒物。但鋇如成為不溶於水的化合物時，則亦不危害，例如硫酸鋇。

71 無機化學 另一方面，又有若干化合物正因其能與生物體內極要成分生成不溶化合物而成為毒物。例如，草酸鹽離子能使組織液中的鈣離子沉澱析出，鉛能使硫化合物分解。

72 酸類因強度不同而有或大或小的侵蝕作用。但此為亦可能尚有其他效應，例如，濃硫酸有脫水作用，硝酸有氧化作用，氫氟酸對組織有一種特別毒害。
無機化學 酸類因強度不同而有或大或小的侵蝕作用。但此為亦可能尚有其他效應，例如，濃硫酸有脫水作用，硝酸有氧化作用，氫氟酸對組織有一種特別毒害。

73 有機化學(Organic Chemistry)
有機化學是研究有機化合物及有機物質的結構、性質、反應的學科，是化學中極重要的一個分支。有機化學研究的對象是以不同形式包含碳原子的物質[1][2]，又稱為碳化合物的化學。

74 有機化學(Organic Chemistry)
有關有機化合物或有機物質結構的研究包括用光譜、核磁共振、紅外光譜、紫外光譜、質譜或其他物理或化學方式來確認其組成的元素、組成方式、實驗式及化學式[3]。有關性質的研究包括其物理性質及化學性質，也需評估其化學反應性（英語：Reactivity (chemistry)），目的是要了解有機物質在其純物質形式（若是可能的話），以及在溶液中或是混合物中的性質。

75 有機化學(Organic Chemistry)
有機反應的研究包括有機物質的製備（可能是有機合成或是其他方式）。有機化學研究的範圍包括碳氫化合物，也就是只由碳和氫組成的化合物，化合物中也有可能還會參與其他的元素，包括氫、 氮、氧和鹵素，還有諸如磷、矽、硫等元素。[2][4][5][6] [7]。有機化學和許多相關領域有重疊，包括藥物化學、生物化學、有機金屬化學、高分子化學以及材料科學等。

76 有機化學(Organic Chemistry)
有機化合物之所以引起研究者濃厚的興趣，是因為碳原子可以形成穩定的長碳鏈或碳環以及許許多多種的官能基，這種性質造就有機化合物的多樣性。有機化合物是所有碳基生物（英語：carbon-based life）的基礎。有機化合物的應用範圍很廣，包括醫學、塑膠、藥物、石化產物（英語：Petrochemical）、食物、炸藥及塗料等。

77 The saturated hydrocarbons: Alkanes and CycloAlanes
飽和烴:烷類化學式的通式為:CnH2n+2 n為含碳的數目，如甲為一個碳，n= 1。 Alkanes: CH4(methane)， C2H6(ethane) (烷類) C3H8(propane)，C4H10(butane) : CnH2n+2 環烷烴:Cycloalkane: C3H6 C4H8，C6H12，CnH2n

78 The unsaturated hydrocarbons: Alkenes and Alkynes
不飽和烴:Alkenes:C2H4 (ethylene)， 烯類: C3H6(propylene) CnH2n Alkynes: C2H2(acetylene): H-C≡C-H 炔類: C4H6(1-butyne) H-C≡C-CH2-CH3 C5H8(2-pentyne) H-C≡C-CH2-CH2-CH3 CnH2n-2

79 ▼ 石油分餾產物的成分和用途

80 幼兒的生活常規很重要 我國著名教育家陶行知先生提出：
“生活即教育。”他主張：教育和生活是同一過程，教育含於生活之中，教育必須和生活結合才能發生作用。

81 幼兒的生活常規很重要 而縱觀幼稚園的八個生活環節在組織、實施中所存在的問題，我們發現：各生活環節中的常規要求因為重教育輕保育而嚴重忽視了，俗話說：“沒有規矩，不成方圓”，一個幼兒園常規的好壞直接影響幼兒的成長和教師組織一日生活的品質。

82 幼兒的生活常規很重要 生活常規是幼稚園為了培養幼兒良好生活習慣和生活基本能力，確保幼兒健康成長而制定的幼稚園生活各環節的基本規則與要求。瞭解幼稚園工作的人都知道，幼兒的工作是複雜而具體的，幼兒一日活動的開展，離不開良好生活的常規。

83 幼兒【環境概念】很重要 正【設計理念】二十一世紀的今天,環境問題己成為全球普遍的熱門話題,美化環境、保護環境成為人類共同的責任。
在工作中,我根據幼兒的年齡特點,利用他們在日常生活中對垃圾的所見所感來引進和開展活動,培養幼兒的環境保護意識是教師義不容辭的責任。

84 幼兒【教學方法】 我的教學設計從幼兒的生活入手,根據幼兒的年齡特點,利用他們在日常生活中對垃圾的所見所感來引進和開展活動內容,憑藉圖片、視頻等PPT媒體手段喚醒幼兒對生活的記憶,喚起幼兒對地球媽媽的情感; 開展環保棋遊戲、垃圾分類連線、繪畫以及幼兒親自對日常生活中常見的垃圾進行分類等遊戲。

85 第三章 力與功能 3-1 牛頓運動三定律 3-2 力的世界 3-3 功、能、功率 3-4 功能守恒 3-5 靜態流體 3-6 動能流體

86 a一定：Fxm成正比 牛頓(Newton) 萬有引力定律：F(引力)=GxM1M2/r2 牛頓三大定律：
第一定律：慣性定律─靜者恒靜，動者恒動。 第二定律：加速度定律 速度= s/t =V 公尺/秒 F一定：m與a成反比mx1/a F=mxa m一定：Fxa成正比 a一定：Fxm成正比 第三定律：作用力與反作用力定律

87 牛頓運動三定律 第一定律： 慣性定律─物體所受的外力或合 外力為零時，靜者恆靜，運動者恆作直線 等速運動
第一定律： 慣性定律─物體所受的外力或合 外力為零時，靜者恆靜，運動者恆作直線 等速運動 第二定律：加速度定律─ F = M ．a 第三定律：作用力與反作用力定律，例如： 游泳、人走路與運動時。

88 力的世界 靜力平衡 萬有引力定律─宇宙中任何兩物體間，均有彼此互相吸引的例存在，稱為萬有引力。此力的大小與兩物體的質量成正比，與兩物體間距離的平方成反比，方向沿兩物體的質心連線，向內。F=K．M1xm2 R2

89 功、能、功率 W(功)=F x S．COSθ = F x S ． COS90° = 0 E(能)=m ．g ． h=1/2mV2
功率= 功 (單位：瓦特) 1度電=1千瓦小時 時間 功能守恆：系統初狀態各種機能之合=系統末狀態 各種機能之合，稱為機械能守恆原理。

90 靜態流體(若你們是教師如何教浮力概念?) 浮力：當物體全部或部分浸沒在液體中時， 物體受到的浮力，等於物體所排開液體的 重量。
浮力：當物體全部或部分浸沒在液體中時， 物體受到的浮力，等於物體所排開液體的 重量。 W物體重─W水中重=浮力 浮力 =排開液體體積x液體密度 =V下(液面下體積)x D液 (液體密度) 稱為阿基米德原理 或浮力原理。

91 浮力 阿基米得原理(浮力原理) ： 物體在液體中所受浮力，等於所排開的液體的重力

92 浮力=物體在液體所減輕的重量 =物體在液體中所排開的液體重 =物體在空氣中的重量-物體在液體中的重量 =物體所排開的液體體積＊液體的密度 =物體在液面下的體積＊液體的密度 當物體上浮時，浮力大於物體的重力，當物體漂浮 或懸浮時，浮力等於重力；但當物體處於下沉狀態 時，浮力小於重力。

93 根據浮力定律，可以得出物體浮沉於密度的關係:
當物體上浮時，浮力大於物體排開液體的重力；當物體漂浮或懸浮時，浮力等於物體排開液體的重力；當物體下沉時，浮力小於物體排開液體的重力。那麼，當液體密度大於物體密度時，物體上浮；當液體密度等於物體密度時，物體漂浮或懸浮；當液體密度小於物體密度時，物體下沉。

94 密度 當物體的密度小於浸泡液體或氣體的密度時且物體不在液體的表面的狀態→上浮
當物體的密度小於浸泡液體或氣體的密度時且物體在液體的表面的狀態→漂浮 當物體的密度等於浸泡液體或氣體的密度時的狀態→懸浮 當物體的密度大於浸泡液體或氣體的密度時的狀態→下沉

95 浮力應用問題 一個實驗裝置如圖(二十五)所示，在兩個彈簧秤下方分別吊掛重物甲、乙，再將重物浸入純水中，待重物靜止後，兩個彈簧數秤的讀數皆為100 gw。已知甲、乙的質量分別為200g、300g，若甲、乙的密度分別為 𝐷 甲 、 𝐷 乙 ，則 𝐷 甲 : 𝐷 乙 最接近下列何者？(兩彈簧秤均可測量至500gw) (A)1:1 (B)1:2 (C)2:3 (D)4:3 水 彈 簧 秤 水 彈 簧 秤 圖(二十五)

96 動態流體 有關動態流體的處理，瑞士人柏努利寫出一則方程式： P+1/2xdV2+dgh=定值 P：壓力 d：密度 v：速度
流速快壓力小

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101 化學獎／超高解析螢光顯微鏡 看見活跳跳細胞
今年諾貝爾化學獎由研發出「超高解析度螢光顯微鏡」的三位學者貝吉格、莫厄納和赫勒獲得，有學者形容這項發明是兩、三百年來光學顯微鏡的重大突破，因為透過這種顯微鏡，人類可以看見更細部的細胞內構造；更重要的是，看見的細胞是活生生的。 貝吉格的學生、中研院應科中心助研究員陳壁彰說，每個研究細胞的科學家都想看得愈細小愈好，但過去顯微鏡一直受到光的基本物理性質「繞射極限」限制，解析度無法再提升。

102 貝吉格等人的精巧設計，可讓光線在不違反物理定律的情況下突破障礙。
陳壁彰解釋：假設一個物體的影像需由一千個光點組成，科學家就讓其中幾十個點先發亮，再換另外一批點發亮，等到不同部位的點都發亮過後，再把它們組合起來成像。 透過這個技術，超高解析螢光顯微鏡可看清楚僅有幾十個原子排起來的寬度約十到廿奈米尺度的東西，解析度是傳統螢光顯微鏡的數十倍。

103 3日本人發明藍光LED 獲諾貝爾物理獎

104 物理獎／LED研究得諾貝爾 學者：當之無愧
85歲的赤崎勇現任名城大學和名古屋大學特聘教授，54歲的天野浩同是名古屋大學教授，60歲的中村修二則為美國加州大學聖巴巴拉分校教授。 物理獎／LED研究得諾貝爾 學者：當之無愧 「如果香港『光纖之父』高錕獲頒諾貝爾物理獎，那『藍光之父』中村修二當然也應得1座諾貝爾獎。」發光二極體（LED）相關研究7日獲得諾貝爾物理 獎殊榮，國內光電專家、清大物理系教授潘犀靈及交大電子物理系教授李威儀都表示，赤崎勇、天野浩及中村修二等3位科學家對全球光電產業發展貢獻卓著，得獎 實至名歸。

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107 藍光LED助環保 2014年諾貝爾物理學獎得主今天揭曉，3位都出身日本的學者因發明藍色發光二極體（LED）共同獲獎，諾貝爾委員會盛讚這種環保新光源，有助節省地球資源，對抗全球暖化。 日本學者赤崎勇、天野浩和日裔美籍科學家中村修二的研究帶動LED技術發展，提供了新的節能環保光源，也點亮了電腦和現代化的智慧型手機螢幕。 美聯社報導，諾貝爾委員會說，「全球大約1/4的電力用於照明目的，因此LED有助節省地球資源。」 LED燈具發出亮眼白光，使用壽命可達數萬小時，而且耗電量比19世紀問世的白熾燈泡少很多。最先進的LED燈具耗電量大約只有一般燈泡的1/20，而且表現持續改善。

108 物理獎／LED研究得諾貝爾 學者：當之無愧
瑞典皇家科學院（Royal Swedish Academy of Sciences）也說，他們的發明問世迄今僅20年，「但在以全新方式催生出白色光源方面有所貢獻，造福全人類」。，解決科學家長達數十年無法克服的問題，製造出構成白色光源要素的藍色發光二極體。 他們的成就改變了照明科技，為製造出更持久也更有效率的LED燈鋪路，以取代較老舊的光源。 諾貝爾委員會說：「他們在其他人失敗的地方成功了。白熾燈泡照亮20世紀；21世紀將由LED燈帶來光明。」 赤崎勇在全國轉播的記者會上說，人們經常說，他的研究很難在20世紀開花結果。 他說：「但我不這麼認為。我只是做我想要做的事。」 物理獎／LED研究得諾貝爾 學者：當之無愧

109 2015諾貝爾物理學獎兩名獲獎者 2015年的諾貝爾物理學獎授予日本東京大學宇宙射線研究所所長梶田隆章（左）和加拿大科學家阿瑟·麥克唐納（右）。

110 得獎人介紹 梶田隆章是日本著名物理學家及天文學家。目前擔任日本東京大學宇宙線研究所所長以及該研究所研究所附屬宇宙中微子觀測信息融合中心負責人。 阿瑟·麥克唐納是加拿大物理學家、目前擔任薩德伯裏中微子天文台研究所主任。他同時還是女王大學戈登和帕特裏夏灰色粒子天體物理主席。

111 得獎理由 得獎理由為「發現微中子震盪，證明了微中子具有質量。」
2015年諾貝爾物理獎委員會認為日本學者梶田隆章 (Takaaki Kajita)與加拿大學者阿瑟‧麥克唐納(Arthur B. McDonald)對展現微中子進行味轉換的實驗有非常關鍵的貢獻，這項粒子世界的味轉換證明了微中子具有質量，改變了以往相關研究的核心認知，也成為未來宇宙研究的重要依據。

112 在進入千禧年之際，梶田隆章在研究中指出日本的超級神岡探測器(Super-Kamiokande detector)發現了大氣中產生的微中子會進行兩種不同味（譯者註：緲子與濤子）的轉換。

113 與此同時，阿瑟‧麥克唐納所帶領的加拿大研究團隊則證明了在太陽產生的微中子不會在前往地球的過程中消失，薩德伯里微中子觀測站 (Sudbury Neutrino Observatory)偵測到消失的微中子只是以不同的味出現在加拿大。

114 物理學家數十年來在微中子領域的進行的辯論總算是塵埃落定。原本透過理論去計算微中子的數量後，在地球進行的測量發現有三分之二的太陽微中子消失了。現在，這兩個實驗證明微中子是進行了味的轉換。
過去一直認為微中子是沒有質量的，這項發現證明了微中子有極微小的質量方能形成味的轉換，是微中子研究的新里程碑。

115 這對粒子物理學而言，也有其歷史性的意義。粒子物理的標準模型 (Standard Model)是非常成功的，在過去的二十年中，歷經許多實驗的挑戰仍屹立不搖。然而，這個模型有一基本假設是微中子不具質量，這項新的發現清楚顯示出，標準模型已經無法完整地解釋宇宙的基本組成分子。

116 這項發現獲得了今年的諾貝爾物理獎，為尚未揭開神秘面紗的微中子世界帶來一些極為關鍵的研究方向。在整個宇宙中，微中子的數量僅次於光子，地球也持續受其衝擊。

117 宇宙射線與地球大氣層的反應會產生許多微中子，其他的微中子則是來自太陽中的核反應。我們的身體每秒都有上兆的微中子穿透過去，這個世界上大概很難有任何物質可以擋下微中子的移動。微中子是自然界中最難以理解的基本粒子。

118 2015諾貝爾化學獎 DNA修補─為生命提供化學的穩定

119 得獎原因 從一個細胞到另外一個，從一個世代到另外一個，控制人類形體的基因資訊在我們的體內流傳了千百年，它不斷地受到來自於環境的攻擊，但讓人驚訝的仍能保持完整。Tomas Lindahl（林達爾）、Paul Modrich（莫瑞克）、與Aziz Sancar（桑賈爾）獲得了2015年的諾貝爾化學獎，這是因為他們繪製並解釋了細胞如何修補它的DNA而保護了基因的訊息。

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121 林達爾將鹼基切除式修復的謎底拼湊出來 這是35年成功研究的開始，林達爾發現並檢驗了許多在細胞工具盒中的DNA修復蛋白質。在1980年代的開始，一段感情將他帶到了英國，在那裏他接受了倫敦皇家癌症研究基金會的一個位置，而在1986年他成為新成立的克萊霍爾(Clare Hall)實驗室的主任，該實驗室後來因為其科學上的創造力而成名。

122 一點一滴的，林達爾將「鹼基切除式修復」如何運作的分子圖像慢慢的拼湊了出來，在此步驟中一些類似他在1974年發現的一組酵素，稱為醣苷酶(glycosylases)者，是DNA修復過程中第一步的執行者。鹼基切除式修復也會發生在人體中，在1996年，林達爾成功的在體外重現了人體中修復的程序。

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124 對林達爾而言，決定性因素就是體認到即便是當其分子坐落於受到細胞保護的環境中，DNA仍不可避免的會進行改變。不過DNA會受到環境中如紫外線照射等的攻擊而受傷是早就知道的事，而大部分的細胞，修補紫外線造成的破壞所用的「核苷酸切除式修復」機制，則是由出生於土耳其薩武爾(Savur)，但是在美國工作的桑賈爾所釐清的。

125 第四章 熱電科技 4-1 溫度與熱 4-2 冷氣機和電冰箱 4-3 汽車 4-4 發電機 4-5 電池 4-6 電子元件與電子通路
第四章 熱電科技 4-1 溫度與熱 4-2 冷氣機和電冰箱 4-3 汽車 4-4 發電機 4-5 電池 4-6 電子元件與電子通路 4-7 無線電通訊 4-8 電視 4-9 電算機

126 ℃ 溫度是用以判別冷熱程度的物理量，是宇宙中各種物理和化學變化的重要控制因素。 目前有三種溫標：攝氏溫標、華氏溫標和凱氏溫標
100 ℃ °F K °F K -40 ℃ °F K

127 熱力學(Thermodynamics) 研究伴隨物理與化學變化而產生的能量變化的一門科學。化學熱力學定律的重要觀點在於說明，在一組所與條件下，能預測一特殊化學反映在理論上是否為可能。一反應根據其本身的條件有自然發生的傾向就稱為“自發的”(spontaneous)，熱力學原理可用來決定一自發的反應的範圍─包含有平衡的位置之意義在。

128 工業之母硫酸的製備過程

129 熱力學第零定律 一個熱平衡系統的宏觀物理性質（強壓、溫度、體積等）都不會隨時間而改變。一杯放在餐桌上的熱咖啡，由於咖啡正在冷卻，所以這杯咖啡與外界環境並非處於平衡狀態。當咖啡不再降溫時，它的溫度就相當於室溫，並且與外界環境處於平衡狀態。 兩個互相處於平衡狀態的系統會滿足以下條件： 兩者各自處於平衡狀態；

130 熱力學第零定律 兩者在可以交換熱量的情況下，仍然保持平衡狀態。進而推廣之，如果能夠肯定兩個系統在可以交換熱量的情況下物理性質也不會發生變化時，即使不容許兩個系統交換熱量，也可以肯定互為平衡狀態。

131 熱力學第零定律 熱平衡是熱力學系統之間的一種關係。第零定律表示這是一種等值關係。（技術上，需要同時包括系統自己亦都處於熱平衡。）
多系統間之平衡狀態 一個簡單例子可以說明為甚麼需要到第零定律。如前所述，當兩個系統間有小量能量交換時（如微觀波動）而兩者的總能量不變時（能量減少不能逆轉），每一個系統的體積與組成都保持恆定，而各個系統之間都只能交換熱量（熵）。此兩個系統即處於平衡。

132 熱力學第零定律 第零定律：熱平衡定律 The zero law of thermodynamics 簡單的說: T1=T2 T2=T3

133 熱力學 四大定律 第一定律：The first Law of thermodynamics
能量守恆定律(The Law of conservation of energy) △E=Q-W Q=-W= Pdv =-nRTln v2/v1 Q=+nRT ln V2/V1代入 S= dnRT ln V2/V1 T

134 1. 功與熱是所謂「能(energy)」之大分類的兩種形式。 2. 一種形式的「能」可轉換成另一種形式。 3
1.功與熱是所謂「能(energy)」之大分類的兩種形式。 2.一種形式的「能」可轉換成另一種形式。 3.「能」無法被創造或被毀滅。 熱力學第一定律即能量的守桓律(一般稱之能量不滅定律)：能量可以由一形式轉換成另一形式，但無法被創造或被毀滅。換句話說，宇宙的總能量是一常數。 應用熱力學概念時，我們時常將注意力集中在一定範圍內所發生之變化，包含在這些領域內之本質部分稱之為一物系(system)。其餘的部分稱為環境(即外界surroundings)。例如化學的化合物之混合物可構成一物系。而容器與物系周圍的其他每樣東西稱之為環境。

135 二狀態之內能差異△E亦為一常數，而與狀態A與狀態B所取之路徑無關。不管氣體是光加熱再變更壓力；或是先變動壓力後再加熱，或者是全部的變化經過數步驟而進行，均無不同：
△E=EB-EA 假設有一物系在初始狀態，該系統之內能為Ei，若此物系從周圍環境吸收熱q，現在此系統之內能為Ei+q 反之，若此物系耗用一些內能對周圍環境做功w，其最終狀態之內能Ef，則為： Ef= Ei+q-w Ef-Ei=q-w △E=q-w

136 須要記住有關這些(數)量之符號，至為重要： q，正=該物系所吸收之熱 q，負=該物系所釋出之熱 w，正=該物系所作之功 w，負=作在該物系上之功 此q與w值，乃與一物系由初始狀態改變至最終狀態有關，得視變化進行之方式而定。然而，(q-w)之值則為一常數，等於△E，不管此變化是如何發生。若一物系進行之變化一直讓物系內能保持不變，則該物系所作之功等於此系統所吸之熱。

137 第二定律(The second law of thermodynamics) ：
每一自發性的變化均伴隨著熵的增加 宇宙趨向最大亂度　 S＞0 熵entropy S ：熱力學函數(thermodynamic function)，熵可解釋為一種物系「亂度」或不規律的一種量度。熵可視為一機率函數 S宇宙= S系統+ S週邊＞0 判斷自發的方法： S＞0(不可逆) S= 0(可逆)， S＜0(不發生) S 表示熵的改變。

138 nRT㏑ V2/V1=nR㏑P1/P1 S=∫ dQ /T = ∫ nCpdT 定壓 =nCp㏑ Ｔ２ Ｔ１ S=ncv㏑ Ｔ２ Ｔ１ 定容
　　　　　　　　　　Ｔ２ 　　　Ｔ =nCp㏑　Ｔ２ 　　　　　　　Ｔ１　　 S=ncv㏑ Ｔ２ 　　　　　　　　Ｔ１ 定容

139 所謂熱力學函數，熵(entropy)，S，是第二律的中心，熵可解釋為一物系的亂度或不規律的一種量度。一高度不規律的物系就說明是具有高的熵。因為不規律的情況出現機率比正常的情況多，熵可視為一機率函數。熱力學第二定律的敘述是：每一個自發的變化都伴隨著熵的增加。 熵的總變化等於物系之熵變化( Ssystem)與其周圍環境之熵變化( Ssurroundings)之總和： Stotal = Ssystem + Ssurroundings

140 熱力學第二定律補充 熱力學第二定律 此定律可以有幾種不同的陳述: (1)能量轉換過程中，必有廢熱生成，不存在熱效率百分之百的熱機
(2)自然的過程中，熱只能由高溫處流往低溫處 (3)密閉系統中，反應的趨勢總是往亂度增加的方向進行

141 如果沒有外界作功，熱永遠無法由低溫物體移動至高溫物體。一八六五年，第二定律更臻成熟，克勞休斯引入「熵」的概念，並發現了「熵增加原理」。 熵為系統熱學狀態的物理量，只與系統的狀態有關，而與如何達到此狀態的過程無關。

142 熵可代表為系統的亂度，在不可逆的循環中，熵永遠是增加的；換言之，一切能量轉換事件的自然發生皆朝向亂度增加。 熱力學第二定律指出熱運動過程的方向與不可逆性，而且在能量傳遞或轉換時，就換增加宇宙的亂度，並有部分能量轉為廢熱，無法再作有效的功。

143 熱力學第三定律 (The third law of thermodynamics)
熱力學第三定律是熱力學的四條基本定律之一，其表述的是熱力學系統的熵在溫度趨近於絕對零度時趨於定值。 而對於完整晶體，這個定值為零。 這一定律由瓦爾特·能斯特歸納得出和表述，因而又常被稱為能斯特定理或能斯特假定。 在溫度趨於OK時，一完全結晶物體之熵會等於零，Ｓ＝０，物體都都停止活動。

144 第三定律(Third law of thermodynamics) ：
在OK時，一完全結晶物體之熵會等於零，Ｓ＝０ 1焦耳=0.24卡 ，1卡 =4.18焦耳。 熱從高溫傳送到低溫是一種自然現象。熱的傳送方式有三：傳導、對流、輻射。 專門研究內能、能量、功三者間互動關係的學科稱為熱力學。熱力學有四個重要定律：

145 熱力學第三定律補充 當物體的溫度接近絕對零度時，它的熵接近於零。此定律又稱為「能斯特原理」，一九零六年由德國物理學生能斯特（Walther Hermann Nernst,1864~1941）所奠立，係指透過任何有限個步驟都不可能達到絕對零度；此為根據許多實驗事實所做出的經驗總結。之後，普朗克利用統計理論將熱力學第三定律進一步表述為：任何物質的完美晶體，在絕對零度時，其熵值恆為零。

146 熱力學認知檢定 第一次接觸，簡直是一頭霧水。 第一次接觸， 已初步理解， 但不曾聯想或不知道與「人與自然」課程有何關聯。
曾接觸過，並進一步理解 ，但不曾聯想或不清楚與「人與自然」課程有何關聯。 曾修習相關課程， 觀念還算清楚，但還不能準確掌握與「人與自然」課程的關聯。

147 光合作用 (A) 陽光，100單位稀釋的能量被植物葉片吸收利用 (轉化) (B) 醣，2單位濃縮的能量形式
(C) 熱，98單位更為稀釋的能量 第一定律: (A)=(B)+(C) 第二定律: (B) 總是比 (A) 小，因為在轉化過程中，大部分能量會被降解，以更為稀釋的能量—熱 (C)，排放至葉片外

148 冷氣機與電冰箱 根據熱力學第二定律，必須對系統作功這項工作由壓縮機擔任。

149 汽車 汽車歷經下列四各動作構成循環，稱為四衝程。 1.進氣 2.壓縮 3.動力 4.排氣

150 發電機 法拉第感應定律：一電路中的感應電動勢，正比於通過該電路內磁通量對時間的變率。 發電機的基本構造為： 1.磁場 2.電樞 3.集電環
4.電刷

151 由於電的存在

152 前言 由於電的存在，時而會產生放電現象，以致對人類帶 來災害。其代表性就是雷。 這個現象為:在雲中的冰粒乘座上升氣流浮上時，與 途中冰粒相碰後帶電，然後所產生的高壓電和大地短 路，導致發生瞬間性放電。 此時連帶產生極強烈光線與巨大音響。

153 目錄 為什麼產生靜電 … … … … … … … … 06 電池的發明 … … … … … … … … … … 10 為什麼電壓的單位稱為伏特？… … … … 13 電的基礎就是電池 … … … … … … … … 16 直流與交流 … … … … … … … … … … 23

154 歡迎使用此介紹系統 目錄 為什麼產生靜電 電池的發明 為什麼電壓的單位稱為伏特? 電的基礎 就是電池 直流與交流

155 為什麼產生靜電 到衣服時，會出現霹哩拍拉的火花與聲音。 此種的靜電也可以稱做摩擦電，當使用乾燥的布摩擦不
在空氣乾燥的季節裡，衣類會產生靜電。如以手指頭摸 到衣服時，會出現霹哩拍拉的火花與聲音。 此種的靜電也可以稱做摩擦電，當使用乾燥的布摩擦不 導電物質(如硬橡膠)時，會非常明顯的產生此種電。然後 將小紙片靠近該物質則吸引過去。 這個現象表示，摩擦後物質帶正電，然後吸引不帶電的 物質，但經常在電氣上為負電性的輕量物質。此為電的正 性及負性相吸引作用的結果。惟帶同一種電的物件則相排 斥，因此一旦被吸引後帶正電的輕量物質就不再被吸引而 遭偶排斥。

156 為什麼產生靜電 互相吸引 同極相斥 同極相斥

157 為什麼產生靜電 從靜電的性質也可以暸解到，電有正負兩種極性，同極 間相排斥(不通電)，異極間則相吸引(通電)的事實。 此為瞭解電的基本知識，將相同的正極相連接時，不會 流通電流，因此所接的電燈不會點亮外，所接馬達則不會 旋轉。 所以必須使用金屬線，將正極與負極連結起來才可以 (上面是以直流為前提來說明，不過電也有以交流方式存 在。) 交流在一見之下好像沒有正負極的存在。然而確實有電 流流通，因此真確存在著正極與負極。

158 電池的發明 伏特在尚未發明電池之前，曾發明一種應用靜 電，且可取出少量的電，稱做電盆之積存電的設 備。惟此設備乃是無法連續取出電的電池。 伏特的電池取名為「發電機」，於單靠一對電偶 時，發電力微弱，因此需重疊多數電來補充發電 力的不足。 起初，誰都不知道其有何種用途，不過不像來頓 瓶一樣，經短時放電就消失電，而成為可多次取 出電的劃時代的發明。

159 電池的發明 當初為夾著紙張的電極對，後來發展成為玻璃容 器內充滿稀硫酸，而完成放入一對銅與鋅電極板 的伏特電池。 圖：伏特電池

160 為什麼電壓的單位稱為伏特 最初伏特發明電時，大家僅僅瞭解到那就是單 單發生電的小電池，如果將之串聯，則依照其數 目而提高電壓等物理事實。推算其電壓時，每一 個小電池的電動勢可能為0.8伏特程度。後來出現 的丹尼爾電池，因有穩定的1.079伏特電壓而使用 作標準電池。至1893年惠斯登(wheata-ton)的鎘電 池則被公認為標準電池並使用至今。

161 為什麼電壓的單位稱為伏特 歐姆做了測定電流流量的裝置，準備電阻不相同 的幾根電線以加減電流的流量。 那個時候是尚無電阻的觀念，因而可能加減電線 長度來做電阻的變化。 在此實驗裝置必須想辦法保持電壓為一定數值。 歐姆就想到如不保持基準電壓為一定值，就無法 正確測定電流值。在這時頭一次電壓與電流被分離。

162 為什麼電壓的單位稱為伏特 然後，採了精密度更高的檢流計，發現電流 是與電壓強度成正比例，與電阻值成反比例的 著名「歐姆定理」。 其結果，產生在1歐姆電阻上，通過1安培電 流的電池電動勢為1伏特的定義。安培由安培的 名，伏特就由伏特的名而命名。

163 電的基礎就是電池 假定此處有單獨的電池。如保持其狀態不動，不 會有任何作用發生，電流也不會流通。此時，正極 與負極間乃舊存在著電壓差。因為電池一直產生著 電壓的關係。 連結導線時，造成流通電流的迴路，於點燈或旋 轉馬達，電流就由正極流到負極。這是很容易瞭 解，電池所產生的電壓力量以推動電流的流通。

164 電的基礎就是電池 因此，電壓就以「高、低」，電流則以「多、少」 來表示。如以水來比喻其間關係時，電壓是相當於瀑 布，或水壩的落差，電流就相當於水流流量。 雖然有很大的落差存在，但如過只有少量的水，則 沒有力量推動水車。 興建水壩來儲存大量的水，要一口氣能施放大水一 樣，需要多量電流時，如不使用大容量電池，則馬上 會消耗掉電流。 另一方面，雖然落差(電壓)低，但有充分水量(電流) 時，也可以旋轉水車。

165 電的基礎就是電池 希望提高電燈亮度時，千萬不可把電池串 聯。不錯，當提高電壓時，電燈會流通更多電 流而增加亮度，惟電燈泡有額定的電壓，因此 超過此電壓電等時，會縮短其壽命。 保持電池不變而串聯電燈，明亮度則大減。 此原因為經電燈泡的電流減少所引起。

166 電的基礎就是電池 使用電池動作的電器機器，在一般情形下之設計電 壓都為1.5伏特的倍數電壓(如.，4.5及6伏特等)，所以 使用時，必須使用指定型電池及具數。 圖下方(a)電壓與電流 圖下方(b)串聯電燈泡時，電壓被二分而變暗

167 電的基礎就是電池 圖下方( c )串聯電池時電壓加倍 ，電燈泡會較亮，但容易燒斷。 圖下方(d)並聯電池時，電壓為一樣 ，惟容量則增加

168 電流是電荷的流動，在金屬導電中，電荷由電子攜帶，在電解導電中，離子帶著電荷移經熔融鹽類或溶液，且離子的移動又伴隨著化學變化。在電化學電池中，陽離子移向陰極(即發生還原的電極)，且陰離子移向陽極(即發生氧化的電極)。 電被用來電解中產生所想要的化學變化。化學變化的程度乃視通過電解電池的電量來決定。電荷量等於一莫耳電子攜帶的電量即為一法拉第(F)，等於96,485庫倫(C)。電化學的計量依化學物質的莫耳數和法拉第(代表電子的莫耳數)所表示的電池反應決定。 在一伏打電池中，氧化-還原反應是用來發電的。氧化半反應與還原半反應在不同的電極發生，因此電子的轉移經由外電路發生，電流乃式電池電動力產生的結果，以伏特為單位。一電池之emf為電池反應發生的傾向之量度，和吉布斯自由能變化相關： G° = -nFε°

169 一電池之emf可以看成是二個半電池的電位之和：其一為陽極的氧化，另一為陰極的還原，半電池的電位是以標準氫電極為零值作為標準尺度。標準電極電位係以還原半反應為依歸，且為ε°red值表示。一氧化半反應之ε°ox值在數字上一樣，但標示符號鄉反，對應於 ε°red還原半反應(氧化以逆向順序書寫)。標準電極電未用來計算一標準電池的電壓，估計電壓氧化劑與還原季的強度，預測一化學反應是否為自發的反應，計算 G° 值(因為 G° = -nFε°)，並算出平衡常數，(因為 ε°=(2.303RT/nF)logK)。

170 一電池之emf隨著溫度與組成電池的物質濃度而改變。奈恩斯特方程式用來決定非標準電及構成的電池之emf，或計算一非標準半電池之電極電位：ε=ε°-(2.303RT/nF)logQ。因為電極電位視電極中所用的離子濃度而定，一種電池(稱之為濃度電池)可以用兩個同型但離子濃度不同的半電池所構成。 假設將過電壓列入考慮，標準電極電位可以用來預測在一電解中，何者電極反應會發生。在理論上，由電極電位算出來的emf是使電解發生所需的最低電壓。 鐵的腐蝕是一種電化學過程。一鐵製物品的表面一處(陽極區)，鐵被氧化，且再另一點(陰極區)，係將O2(g)與H2O發生還原。如此認識生銹的電化學性質可以用來防止其發生的設計(如：利用犧牲陽極)。 商業用伏打電池包括：乾電池，Zn/HgO鹼電池，鉛蓄電池與鎳-鎘蓄電池。燃料電池用來將燃料燃燒的能量直接轉換成電能。

171 化學電池的種類 拋棄式電池(一次電池) 乾電池 水銀電池 充電式電池:是指可重複充電使用的電池。 鉛蓄電池 鎳-鎘電池 鎳氫電池 鋰離子電池
燃料電池

172 化學電池的種類 乾電池 乾電池是我們常用的一般電池，可分為酸性乾電池及鹼性乾電池兩類，兩者構造類似。酸性乾電池是以鋅殼為負極，碳棒為正極，兩極間加以氯化銨，或氯化鋅等鹽類水溶液，加上二氧化錳之作為電解質。

173 鉛蓄電池大多用於汽機車上，又稱為電瓶。鉛蓄電池是以鉛棒為負極，正即為塗在鉛棒上之二氧化鉛，稀硫酸溶液為電解質。
化學電池的種類 鉛蓄電池 鉛蓄電池大多用於汽機車上，又稱為電瓶。鉛蓄電池是以鉛棒為負極，正即為塗在鉛棒上之二氧化鉛，稀硫酸溶液為電解質。

174 化學電池的種類 燃料電池 燃料電池是一種能源直接轉換裝置(Direct Energy Conversion De-vice)將燃料不經過燃燒，而以電化學的反應方式，藉由氫氧結合成水，讓化學能直接轉變為電能。簡而言之，這是一項水電解過程的逆向反應。

175 目前在市面上可購買的電池種類多，其所提供的電壓有大有小，電池形式也不盡相同。
電池的原理 目前在市面上可購買的電池種類多，其所提供的電壓有大有小，電池形式也不盡相同。

176 歡迎使用此介紹系統 目錄 為什麼產生靜電 電池的發明 為什麼電壓的單位稱為伏特? 電的基礎 就是電池 直流與交流

177 直流與交流 電池有明顯的正極與負極，於連接電線點電燈或操作 電機時，電流由正極流至負極，其方向一定而不變。像 這樣的電流方向不變者，叫做直流。因此電池就是直 流。由於電池操作的電氣機器就叫做直流機器。 使用了直流發電機。使用電線將發電機發電力送到遠 方時，由於電線有電阻，因此愈至末端，電壓就愈降 低。雖然所送出電壓有100伏特，但到末端就降低到80伏 特左右。所以，電燈如製造做80伏特用時，於100伏特時 壽命變短，製造做100伏特用，在80伏特電壓時，有變暗 的缺點。

178 直流與交流 使用交流送電方式後，這些缺點則獲得改 善。發電機本來就是以交流方式產生電的設 備，因當時以直流為主流，所以特意將改作直 流使用。其後到大家瞭解交流本身就可以使用 時，遽然間受到大家的注意。 同時，由於使用變壓器就能保持電壓為一定 時，直流所沒有的特點，所以交流就成為送電 方式的中心而普及。

179 直流與交流 (交流周期)

180 直流與交流 上圖為交流的一週期，通常一秒中反覆50次(或60次)。稱此做50赫芝(60赫芝)的頻率。電壓值的大小就不是最大值，而以最大值之0.707值表示。 其變化情況剛好和正弦波形一樣，起初從零開始，電壓慢慢向上升，到達高峰以後就慢慢減少至越過零而朝向負方向。然後到相當於正的最高點後，折返而向零進行。 此種方便的交流與直流所不同的，一大特徵為交流在時時刻刻變換電流方向。就是說，在一定時間內正與負在交替變化。 在交流送電時，送電端保持3000伏特左右後，在中途裝設變壓器而把電壓轉換成100伏特就可以。電壓高時可以減少電壓降落，另一方面雖然有電壓降落，此時可用變壓器調整後，可獲得安定的100伏特電源。 將大型發電機建設在深山，而要使用電線送到遙遠的都市時，須提高電壓至幾萬伏特，以便減輕傳送路中電壓降。

181 尋找下一個上帝粒子 大強子對撞機重啟 科學家希望藉這次實驗觀察到「標準模型」理論之外的新物質，促成物理學革命。
科學家將質子已相對較低的能量，依序注入總長二七公里、位於地下一百公尺深處的環狀加速管中，讓質子以接近光速的高速對撞，產生次原子遺跡，從中尋找新物質的蛛絲馬跡。工程師未來幾個月將逐漸增加兩束高能質子束的能量達十三兆電子伏特，該能量為大強子對撞機二O一O年首次成功運轉時的近兩倍。

182 尋找下一個上帝粒子 大強子對撞機重啟 愛因斯坦相對論解決重力問題後，科學家建立起「標準模型」粒子物理學理論，描述十七種「次原子粒子」，包括十二種基本粒子和五種「作用子」。CERN科學家二O一二年找到「很像是」有上帝粒子之稱的「希格斯玻色子」；它是最後被發現的次原子粒子，能解釋為何物質會有質量，進而解釋宇宙生命的起源。

183 尋找下一個上帝粒子 大強子對撞機重啟 為了解開更多宇宙之謎，科學家提出許多超越標準模型理論的新假說，如暗能量和暗物質，進而提出「超對稱理論」試圖填補這類研究缺口，但尚無實驗發現任何證據證明這項理論。

184 核能發電與環境保護

185 目錄 前言 核能發電的原理 核能的來源 核能發電的優點與缺點 核能發電之初探 核能發電環境保護工作 我國核能發電概況與績效 世界核能發電概況
資料來源 結論

186 前言 能源提昇勞力並促進生產力、建立並照明學校、淨化水質、提供廠房機械電力、驅動縫紉機和自動裝配器、儲存並移轉資訊。世界人口正呈現穩定的成長，於西元1999年已超過六十億人，然而仍有二十億（即世界人口的三分之一）的人口無法享受到電力。

187 各項發展都要仰賴能源，若因缺乏能源而無法發展將會面臨各種的災難：貧窮、疾病和死亡。這樣的情況造成許多不穩定，而且可能帶來暴力的蔓延。因此基於國家安全，各已開發國家不得不協助人口稠密的開發中國家增加其能源產量。為了保險及安全上起見，能源供給的來源必須多樣化。

188 核能發電的原理 核能發電的原理與火力發電相似，核能發電是利用鈾燃料進行核分裂連鎖反應時所產生的熱，將水加熱成高溫高壓的蒸汽，用以推動汽輪機，再帶動發電機發電。

189 核能與火力發電廠同樣具有鍋爐與發電的設備，水在鍋爐中加熱變成蒸汽，再利用蒸汽的力量推動汽機，以帶動發電機發電。主要的不同點為火力發電是在鍋爐內燃燒石油、天然氣或煤等化石燃料，核能發電是在反應爐(即鍋爐)，以控制棒調節鈾燃料分裂的連鎖反應產生能量，將水加熱變成蒸汽。

190 世界各國所使用的核子反應爐有很多種型式，我國使用的是輕水式反應爐，這也是廣為世界各國所採用的。我國的輕水式反應爐有「沸水式」(BWR)及「壓水式」(PWR)兩種，這是因其「緩和劑」及「冷卻劑」都使用普通的水(即輕水)。 「沸水式」是在反應爐中直接產生蒸汽，並且直接送到汽機，將蒸汽能量轉為機械能，轉動發電機產生電力。

191 「壓水式」是把反應爐中，所產生高壓高溫的水，送到蒸汽產生器，在那裡把另外一個系統的水變為蒸汽，再送到汽機。

192 核能的來源 所有的物質，都是由各種原子所組成，而原子則是由中子、質子和電子所構成。原子就像太陽系，中子和 質子組構而成的原子核，在原子的中心有如太陽，而電子圍繞著原子核，就像地球、火星等這一類的行星圍繞太陽旋轉。核分裂的過程，新產生的分裂原子核的總質量會較分裂前原先的原子核的總質量輕一些。這部份減少的質量就是核能的來源。

193 核分裂時能釋放出多少能量是依據1905年愛因斯坦所提出的理論E=mc2計算，公式中的Ｅ為能量，ｍ為質量，而Ｃ則為光速，其含義為質量與能量為一體的兩面，兩者之間是可以互換的。質量轉換產生的能量是非常巨大的，若以1公克的質量轉化所釋放的能量相當於16萬公噸黃色炸藥的爆炸威力或約可讓100瓦的燈泡點三萬年。

194 核電特性 核能發電是利用核分裂連鎖反應所產生的能量，帶動汽輪發電機來產生電力。
核分裂連鎖反應產物帶有輻射性，而核能電廠一般設計之出力均較火力電廠大很多，所以『具輻射』及『能量大』成為核能電廠二大特性。

195 核能電廠的安全設計 核能電廠的安全設計是採取『深度防禦』的觀念，確保運轉安全。 保留充分的安全餘裕。
安全系統具備多重性、多樣性以符合單一失效準則。 圍阻體設計具有多層屏蔽的功能。

196 核能發電的優點 核能發電不像化石燃料發電那樣排放巨量的污染物質 到大氣中，因此核能發電不會造成空氣污染。
核能發電不會產生加重地球溫室效應的二氧化碳。 核能發電所使用的鈾燃料，除了發電外，沒有其他的用 途。 核燃料能量密度比起化石燃料高上幾百萬倍，故核能電 廠所使用的燃料體積小，運輸與儲存都很方便，一座1000 百萬瓦的核能電廠一年只需30公噸的鈾燃料，一航次的飛 機就可以完成運送。 核能發電的成本中，燃料費用所佔的比例較低，核能發電的成本較不易受到國際經濟情勢影響，故發電成本較其他發電方法為穩定。

197 核能發電的缺點 核能電廠會產生高低階放射性廢料，或者是使用過之核燃料，雖然所佔體積不大，但因具有放射線，故必須慎重處理，且需面對相當大的政治困擾。 核能發電廠熱效率較低，因而比一般化石燃料電廠排放更多廢熱到環境裏，故核能電廠的熱污染較嚴重。 核能電廠投資成本太大，電力公司的財務風險較高。 核能電廠較不適宜做尖峰、離峰之隨載運轉。 興建核電廠較易引發政治歧見紛爭。 核電廠的反應器內有大量的放射性物質，如果在事故中釋放到外界環境，會對生態及民眾造成傷害。

198 核能發電之初探 雖然核能電廠和原子彈都以鈾來產生能量，但原子彈所使用的鈾-235，濃度需達90%以上，才可瞬間密集反應產生巨大能量。但核能發電使用的燃料, 鈾-235濃度只約4%~5%，其餘95%~96%為無法產生核分裂的鈾-238，僅可緩慢反應，持續放出能量。

199 在核能電廠的反應爐中，有許多控制棒，可用以調節功率的產生；而原子彈則是以炸藥引爆，產生的能量是瞬間且巨大的，是無法控制的。核能電廠縱然遭受人為的蓄意破壞，也不會像原子彈般爆炸。
由於鈾原子分裂所放出的熱量遠較石化燃料燃燒所放出的能量，因此核能電廠的燃料可在反應爐中連續使用長達一年半而不需填換。

200 核能發電環境保護工作 低階核廢料是科技上可以處理的問題，經過一些年日，它的輻射就會衰變，完全不影響人類及其生存環境 ，只是大家不喜歡垃圾在自家附近，對它很排斥，用過核燃料可以經過再處理後循環使用。 核能產業對於安全之要求比一般產業高，因此核能級的設備或器材價格都比較高。核能產業非常重視品質，現在所流行的ISO品質制度，在核能產業界已推行五、六十年。核能設施之耐震要求很高，921地震之後國內才重視建物之耐震設計，而核能設施已行之有年。

201 規劃施工階段 依據環境影響評估法的規定，核能電廠及放射性廢料儲存或處理場所興建工程須通過環境影響評估審核程序始能執行，因此本公司新建之核能設施在建廠階段即須將環境影響減低措施納入開發計畫中規劃。在執行環境影響評估的過程中，本公司委託學術單位及專業顧問機構的學者專家，針對廠址鄰近的輻射、社會經濟、河川與海域水質、陸海域生態、噪音及振動等項目作詳盡的背景調查，以規劃適當的污染防治計畫，減少對環境生態的影響。在經過環保署審核通過後，開始興建時亦會執行環境監測計畫，以確保施工階段不致影響鄰近環境。

202 運轉階段 依據環境影響評估法規之要求，電力設施在通過環境影響評估審核興建完成後之營運階段，仍須執行相當期間之環境監測以印證環評之預測，因此本公司仍會在營運期間執行必要之監測，而由於核能發電並不排放一般空氣污染物，因此環保工作之重點除輻射防護外，主要在於溫排水的控制及海域生態之維護。　　針對某些電廠附近海域豐富之珊瑚生態，台電除密切注意水溫之監控以資防範外 多年來並積極致力於珊瑚之保育及復育，各項研究及實地工作已有相當成效，使經濟發展與生態環境能共存共榮。詳情請參閱下載區。

203 我國核能發電概況與績效 我國核能電廠基本資料

204 我國為何要採用核能發電 台灣自產能源缺乏，98%以上的能源仰賴進口，為了確保國家安全，必須分散能源種類以及分散進口地區；在這個原則下，我國採用水力、燃煤、燃油、燃氣、核能、風力、地熱、燃垃圾、、、等發電方式。就發電成本而言，核能是最有競爭力的發電方式，台電公司20多年電價不調漲反調降，均是仰賴低廉的核能發電，才能提供充足及經濟的電力，使我國的產業有競爭力。尤其近年油氣及煤的價格上漲，若非水力、核能，台灣的景氣更難維持。

205 我國為何要採用核能發電 台灣自產能源缺乏，98%以上的能源仰賴進口，為了確保國家安全，必須分散能源種類以及分散進口地區；在這個原則下，我國採用水力、燃煤、燃油、燃氣、核能、風力、地熱、燃垃圾、、、等發電方式。就發電成本而言，核能是最有競爭力的發電方式，台電公司20多年電價不調漲反調降，均是仰賴低廉的核能發電，才能提供充足及經濟的電力，使我國的產業有競爭力。尤其近年油氣及煤的價格上漲，若非水力、核能，台灣的景氣更難維持。

206 我國現有核能電廠反應器型式 「沸水式」是在反應爐中直接產生蒸汽，並且直接送到蒸汽機，將蒸汽能量轉為機械能，轉動發電機產生電力。
「壓水式」是把反應爐中，所產生高壓高溫的水，送到蒸汽產生器，在那裡把另外一個迴路的水變為蒸汽，再送到汽機。

207 運轉中核能電廠之績效 台電公司有三座核能電廠六部核能機組運轉中，總裝置容量514.4萬瓩，核能發電389.61億度，佔台電系統19.3%；裝置容量5144MW，佔台電系統13.5%。容量因數90.28%，低放固化廢棄物259桶/6部机。据Nucleonics week 列出容量因數前50名之核能机組，第一名為Calvert Cliff %，本公司Chinshan-2名列第30名，Maanshan-2名列第34名。按發電量計前50名之核能机組，第一名為SouthTexas-1。我國按容量因數計90.29%排名第6，按發電量計排名第14。

208 世界核能發電概況 至2007年止全球34個國家共有439部運轉中核能機組，如下表： 三哩島事故後，美國除了當時正在興建的電廠外，沒有新的核能機組。車諾堡事故後在瑞典及德國曾提出廢核之主張，但基於經濟考量，目前仍無法執行。反觀亞洲地區，三哩島事故後，日本、韓國、印度、中國大陸仍蓬勃發展核能發電，未曾停頓，日本今己成為ABWR發展重鎮，並積極準備向氫能時代邁進，中國大陸亦積極發展PWR，並向巴基斯坦輸出。

209 東歐在蘇聯解体後，捷克、斯洛伐克仍有新機組興建，北歐芬蘭推出第5號機，並由法國Areva之EPR得標。美國近年在執照程序上修改及立法鼓勵新建核能機組，此外，已有多個機組申請延長運轉執照及提升效率。可見得在面對石油及天然氣日漸耗竭，各國都在積極採取行動，在自產能源缺乏的台灣，核能發電是不可放棄的選擇。

210 新型反應爐設計概念 降低爐心熔毀機率。 設計簡單化但具更充分的安全餘欲。 60年營運設計並可產生85%的功率（目前約70%） 。
提供比燃煤更廉價的電力（目前約低15%）。 大幅縮短建廠時間至3-5年。 建立標準化及高水準的設計準則。

211 核融合能源的另一個可能 取自恆星發熱原理 得克服高溫、磁力問題 若成功 將不再聞「核」色變
位於美國紐澤西州的普林斯頓大學，這個名為「普林斯頓電漿物理研究室(PPPL)」卻集合了來自美、中、台、韓、日、俄、加、印度等國的上百位科學家，而他們所進行的「核融合」研究，可能改變地球未來的能源使用。

212 將氫轉化為電漿 「簡單的說，我們就是要在地球上建造一個小太陽。」
核融合的原料主要是氫的同位素氘、氚，氘可從海水取得，氚則可從鋰提煉，兩種都是蘊藏豐富的原料；但因此氘和氚都帶正電，因此必須在反應爐內加熱到上億度的高溫使之成為電漿狀態，進行核融合過程。 透過強力磁場束縛(confine)電漿，避免電將產生的熱能消耗。

213 李為力表示，氘和氚在反應爐內進行核融合後，曾產生中子，中子不斷撞擊反應爐壁的調節器，因而產生熱能，接著讓爐壁外產生蒸氣，再由蒸氣去推動發電機，就完成整個核融合發電。
核融合發電的原理很簡單，必須用強力磁場束縛高溫電漿，因此能源供應會出現「入不敷出」的現象，而PPPL目前進行的NSTX升級後，相信只要原本的三分之一或四分之一磁力，就可產生核融合能源，而只要成本降低，將有助於推動商轉。

214

215 結論 核能發電絕對不是唯一能源的選擇，在利與弊權衡比較，其可靠性、穩定性、經濟效率、輸出功率、對環境衝擊及鈾礦存量豐厚等因數下，卻是可以考慮的選擇。設計者、營運者、運轉者絕對比一般人更了解其所存在的危險，必定會以更嚴謹的心境及肅穆的心態來操作控制如此複雜精密且安全的設施。

216 電池 乾電池 Zn→Zn2++2e- Zn+2NH4Cl(s)+2MnO2→Zn(NH3)2Cl2+MnO3+H2O
2NH4Cl(s)+2MnO2+2e-→Mn2O3+(NH3)2Cl-2+H2O Zn+2NH4Cl(s)+2MnO2→Zn(NH3)2Cl2+MnO3+H2O

217 鉛蓄電池大多用於汽機車上，又稱為電瓶。鉛蓄電池是以鉛棒為負極，正即為塗在鉛棒上之二氧化鉛，稀硫酸溶液為電解質。
化學電池的種類 鉛蓄電池 鉛蓄電池大多用於汽機車上，又稱為電瓶。鉛蓄電池是以鉛棒為負極，正即為塗在鉛棒上之二氧化鉛，稀硫酸溶液為電解質。

218 陰：PbO2+H2SO4+2e-→PbSO4+2OH- 放電 全：Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O
鉛蓄電池 陽：Pb+H2SO4→PbSO4+2e-+2H+ 陰：PbO2+H2SO4+2e-→PbSO4+2OH- 放電 全：Pb+PbO2+2H2SO PbSO4+2H2O 充電

219 積體電路(IC) 在一小塊矽晶片上，同時製作電晶體、二極體、電容器、電阻等元件，並聯結成整體電路，目前已可在30mm2矽片上作106個各種電路。

220 電視 分成聲音、圖像、與彩色信號三部份。聲音的傳送和一般廣播相同，為調頻波。圖像的傳送係把圖像分成許多光點，藉光電效應轉換成電流。
彩色電視：光的三原色分為紅、綠、藍三色

221 電算機 電算機，俗稱為電腦，它是二十世紀人類最智慧的產品。 具備輸入、處理、記憶、和輸出四大主要部份。
1.中央處理單元：是電算機的心臟，又可分為三個部份：主儲存部分、算數邏輯部份、和控制部份。

222 2. 記憶單元：記憶器用以儲存所運算和操作的程式指令、資料、結果。 (1)內部處理記憶器 (2)主記憶器 (3)輔助記憶器 3
2.記憶單元：記憶器用以儲存所運算和操作的程式指令、資料、結果。 (1)內部處理記憶器 (2)主記憶器 (3)輔助記憶器 3.輸入及輸出：總稱為週邊設備，往往輸入與輸出使用同一裝置，有磁碟機、磁帶機、鍵盤、滑鼠、螢幕、感應筆、引表機、繪圖機等。這些都是人與電腦解釋和溝通的工具。

223 電算機

224 電腦是什麼? 電腦(computer)它的全名為電子計算機(electronic computer)，又稱電算機或計算機，俗稱電腦。它是由不同功能的電子零件及機械裝置組合而成，因為它能執行算術運算，所以被稱為電子計算機，加上它也能做邏輯運算及比較，以判斷事情的真假，有如人類大腦一般，所以又稱為電腦。依美國無線電工程師協會對電子計算機所下的定義：電腦為一部能接受資料的機器，將資料加於運算處理，以產生結果。

225 電腦的特色 運算速率非常快，一般以約十億分之一秒執行一個運算。
儲存資料容量非常大，隨機存取記憶體以百萬位元組計算，磁碟容量有以十億位元組計算者，磁帶容量更大。 處理資料結果正確、品質優良、而且不易疲勞。 具有通信能力，目前有數百萬部電腦連在同一網路者(Internet)，電腦與電腦間互相通信 。

226 電算機的發展史 第一代電腦： 西元1946年美國賓州大學的二位教授製造出世界第一部電腦，由18,000個真空管做成的，重30噸，約有2間教室大。

227 第二代電腦： 西元1954年美國麻省理工學院利用800電晶體製成高速電腦，為第二代電腦，體積變小，重量變輕，運算速度變快。 第三代電腦： 西元1964年，美國IBM公司使用積體電路(IC)所製出第三代電腦，體積更小，速度更快。

228 第四代電腦： 西元1972年，是美國英代爾(Intel)公司推出8位元微處理器(CPU)，此時蘋果二號(Apple II)電腦的推出，開始個人電腦的時代。
第五代電腦： 日本於1981年10月宣佈希望能設計出，是有思想、可交談的「人工智慧」電腦，是未來的電腦

229 第一代電腦：真空管

230 第二代電腦：電晶體

231 第三代電腦：積體電路

232 第四代電腦：超大型積體電路

233 積體電路的種類 類別 容量 小型積體電路(SSI) 可容納數十個電子元件的功能 中型積體電路(MSI) 可容納數百個電子元件
大型積體電路(LSI) 可容納一千多個電子元件 超大型積體電路(VLSI) 可容納數千個至數萬個電子元件

234 電腦硬體結構 輸入單元(input unit) 輸出單元(output unit) 控制單元(control unit) 記憶單元(storage unit) 算術及邏輯單元(arithmetic & logic unit) 一般將控制單元、算術及邏輯單元、記憶單元合稱中 央處理單元(Central Processing Unit，簡稱CPU)。

235 科技與技術 根據韋氏字典的定義，科技是指「達成某一使用目的的技術方法」，亦也含所有能增進個人生活及延續人類生活所必須事物的各種方法。科技預測學者Ayres(1969)則將科技定義為：「將一條有條理的知識，應用到實際活動中的系統方法」。

236 社會學者Ellil(1964)認為：「科技是人類各種活動領域中，為達成目的具有合理性與效率性的各種方法」。
所謂的「科學」(Science)乃是對自然的一種發覺與了解,其目的在於(1)發現自然界許多不同種類的物質；(2)透過觀察與實驗，了解自然狀態已建立理論。科學知識透過觀察與實驗的累積，被歸納為許多不同的科學理論。為了建立相關理論，所進行的不同觀察與實驗的方法，稱為科學方法(Betz,1998)。

237 技術則可定義為所有的知識、產品、製程、工具、刀法以及創造產品和提供服務的系統。簡單來說，技術是幫助我們達到各種目標以及實際應用的知識(Khalil,2000) 。
在1986年Zeleny提出科技是由三個互相依賴、共同決定，而且相等重要的因素組成的概念，

238 第五章 5-1 波動與電磁波 5-2 聲音的美好 5-3 光的本性與光的反射 5-4 光的折射與眼睛 5-5 照相機與攝影術
5-6 光學儀器

239 波動與電磁波 波長 週期 頻率 波速 振幅

240 橫波：波的振幅與波的行進方向垂直，如電 磁波。
縱波：波的振幅與波的行進方向一致，如聲 波。 電磁波：一種電場和磁場交互變化的現象，依頻率的高低可分為下列九大類：由低至高

241 光的性質 目前根據實驗，亞原子粒子(neutrino)移動速度比光速還快每秒6KM(2011.09.26)。 光具有波動與粒子二元說。
光的速度V為=3x108 m/s 目前根據實驗，亞原子粒子(neutrino)移動速度比光速還快每秒6KM( )。

242 Γ射線 Χ射線 紫外線 可見光 紅外線 微波 超高頻 無線電波

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246 電磁波是一種電場和磁場的交互變化的現象 聲音：縱波(溫度 t=0℃) V= t ex：t=15 ℃ v=331+(0.6x15) =340(m/s) 音量(響度)：影響振幅 音調(頻率)

247 音品或音色(泛音) 光 法線 空氣：3*108 2F1 F1 鏡心 F2 2F2 焦距 正 倒實 焦距內則成像於鏡前且放大為虛像
光 法線 空氣：3*108 水 折θ1＞θ2 θ 慢 中 光：具有質點、波動的點(粒子、波動) 2F F 鏡心 F F2 焦距 正 倒實 焦距內則成像於鏡前且放大為虛像

248 稜鏡、色散、光的三原色與物體顏色 1.光的分解
科學家牛頓發現日光(白光)在透過三稜鏡，會產生折射而散為多種不同色彩的光線形成像彩虹一光帶，各色光的偏向程度不同，以紅光最小，紫光最大，其色彩排列次序是紅、 橙、黃、綠、藍、靛及紫七色。這條由紅到仔的光帶所形的光譜(spectrum)，即為色散現象。這是光的分解過程，即將白色光分解成不同的色光，換言之，白色光是由不同光所組成。

249 2.光的三原色 光的三原色為紅、綠、藍，此三原色的光束可以混合成其他顏色，為加色法。如紅色光加綠色光為黃色光，三原色相混即為白光。此與顏料三原色料，黃、藍、紅不同，三原色料為減色法，三原色料相混為黑色。電視螢幕就是由數千個能發出光的三原色細點，使眼睛混合這三個原色變化之色彩，能欣賞電視所帶來的多彩多姿繽紛世界。

250 3.物體的顏色 我們所以能夠體認物體的存在，是因為眼睛看見物體的形狀及顏色。光照在物體上，從反射的光波刺激我們眼睛的視網膜，引起對顏色的感覺。因此光的存在，使我們看見顏色。

251 凹透鏡：發散透鏡 凸透鏡：會聚透鏡 彩色由三色，紅藍綠組合而成

252 第六章 6-1 生命現象 6-2 細胞的構造 6-3 細胞的增殖 6-4 植物的生殖 6-5 動物的生殖

253 一、生命現象 1.呼吸與排泄 2.營養與生長 3.生殖與延續 4.運動與感應 5.型態與構造

254 生物生存基本要素探討

255 生物生存之基本要素 地球上的生命依賴著三個相關的要素存在
(1) 高品質、單向流動的能量：能量來自太陽，經過物質及生命體間互相捕食而傳遞，然後以低品質能量形式進入環境之中(大部分以較低溫度的熱形式傳播至空氣或水分子中)，最後以紅外線型態回到太空中。 (2) 物質及養分循環：每個化學循環可看成生態圈中物質的輸入與能量流動的系統。每個化學循環中，能量的流動以熱的形式逐漸降解進入大氣層，最後逸散至太空；物質的輸出將不斷的回到原來的循環系統，稱為回饋(FeedBack)。 (3) 重力：由太陽和地球間的相互吸引所形成，使地球可穩住大氣層並造成物質循環中化學物質的向下運動。 地球為一封閉系統，自太空輸入以維持生命系統的物質極有限，事實上所有生物所需的營養物質為已存在於地球上的，必須不斷的循環以維持生命。

256 馬斯洛的五大需求理論解釋 需求層次 馬斯洛的需求層次理論圖解馬斯洛的需求層次理論是研究組織激勵時應用得最廣泛的理論。 馬斯洛理論把需求分成生理需求、安全需求、社交需求、尊重需求和自我實現需求五類，依次由較低層次到較高層次。

257 生理需求 生理需求 對食物、水、空氣和住房等需求都是生理需求，這類需求的級別最低，人們在轉向較高層次的需求之前，總是儘力滿足這類需求。一個人在饑餓時不會對其它任何事物感興趣，他的主要動力是得到食物。即使在今天，還有許多人不能滿足這些基本的生理需求。

258 安全需求 安全需求 安全需求包括對人身安全、生活穩定以及免遭痛苦、威脅或疾病等的需求。和生理需求一樣，在安全需求沒有得到滿足之前，人們唯一關心的就是這種需求。對許多員工而言，安全需求表現為安全而穩定以及有醫療保險、失業保險和退休福利等。主要受安全需求激勵的人，在評估職業時，把它看作不致失去基本需求滿足的保障。如果管理人員認為對員工來說安全需求最重要，他們就在管理中著重利用這種需要，強調規章制度、職業保障、福利待遇，並保護員工不致失業。如果員工對安全需求非常強烈時，管理者在處理問題時就不應標新立異，並應該避免或反對冒險，而員工們將循規蹈距地完成工作。

259 社交需求 社交需求 社交需求包括對友誼、愛情以及隸屬關係的需求。當生理需求和安全需求得到滿足後，社交需求就會突出出來，進而產生激勵作用。在馬斯洛需求層次中，這一層次是與前兩層次截然不同的另一層次。這些需要如果得不到滿足，就會影響員工的精神，導致高缺勤率、低生產率、對工作不滿及情緒低落。管理者必須意識到，當社交需求成為主要的激勵源時，工作被人們視為尋找和建立溫馨和諧人際關係的機會，能夠提供同事間社交往來機會的職業會受到重視。管理者感到下屬努力追求滿足這類需求時，通常會採取支持與贊許的態度，十分強調能為共事的人所接受，開展有組織的體育比賽和集體聚會等業務活動，並且遵從集體行為規範。

260 尊重需求 尊重需求 尊重需求既包括對成就或自我價值的個人感覺，也包括他人對自己的認可與尊重。有尊重需求的人希望別人按照他們的實際形象來接受他們，並認為他們有能力，能勝任工作。他們關心的是成就、名聲、地位和晉升機會。這是由於別人認識到他們的才能而得到的。當他們得到這些時，不僅贏得了人們的尊重，同時就其內心因對自己價值的滿足而充滿自信。不能滿足這類需求，就會使他們感到沮喪。如果別人給予的榮譽不是根據其真才實學，而是徒有虛名，也會對他們的心理構成威脅。在激勵員工時應特別注意有尊重需求的管理人員，應採取公開獎勵和表揚的方式。佈置工作要特彆強調工作的艱巨性以及成功所需要的高超技巧等。頒發榮譽獎章、在公司的刊物上發表表揚文章、公佈優秀員工光榮榜等方法都可以提高人們對自己工作的自豪感。

261 自我實現需求 自我實現需求 自我實現需求的目標是自我實現，或是發揮潛能。達到自我實現境界的人，接受自己也接受他人。解決問題能力增強，自覺性提高，善於獨立處事，要求不受打擾地獨處。要滿足這種盡量發揮自己才能的需求，他應該已在某個時刻部份地滿足了其它的需求。當然自我實現的人可能過分關注這種最高層次的需求的滿足，以致於自覺或不自覺地放棄滿足較低層次的需求。 自我實現需求點支配地位的人，會受到激勵在工作中運用最富於創造性和建設性的技巧。重視這種需求的管理者會認識到，無論哪種工作都可以進行創新，創造性並非管理人員獨有，而是每個人都期望擁有的。為了使工作有意義，強調自我實現的管理者，會在設計工作時考慮運用適應複雜情況的策略，會給身懷絕技的人委派特別任務以施展才華，或者在設計工作程序和制定執行計劃時為員工群體留有餘地。

262 生物生存基本要素探討

263 生物生存之基本要素 地球上的生命依賴著三個相關的要素存在
(1) 高品質、單向流動的能量：能量來自太陽，經過物質及生命體間互相捕食而傳遞，然後以低品質能量形式進入環境之中(大部分以較低溫度的熱形式傳播至空氣或水分子中)，最後以紅外線型態回到太空中。 (2) 物質及養分循環：每個化學循環可看成生態圈中物質的輸入與能量流動的系統。每個化學循環中，能量的流動以熱的形式逐漸降解進入大氣層，最後逸散至太空；物質的輸出將不斷的回到原來的循環系統，稱為回饋(FeedBack)。 (3) 重力：由太陽和地球間的相互吸引所形成，使地球可穩住大氣層並造成物質循環中化學物質的向下運動。 地球為一封閉系統，自太空輸入以維持生命系統的物質極有限，事實上所有生物所需的營養物質為已存在於地球上的，必須不斷的循環以維持生命。

264 馬斯洛的五大需求理論解釋 需求層次 馬斯洛的需求層次理論圖解馬斯洛的需求層次理論是研究組織激勵時應用得最廣泛的理論。 馬斯洛理論把需求分成生理需求、安全需求、社交需求、尊重需求和自我實現需求五類，依次由較低層次到較高層次。

265 生理需求 生理需求 對食物、水、空氣和住房等需求都是生理需求，這類需求的級別最低，人們在轉向較高層次的需求之前，總是儘力滿足這類需求。一個人在饑餓時不會對其它任何事物感興趣，他的主要動力是得到食物。即使在今天，還有許多人不能滿足這些基本的生理需求。

266 安全需求 安全需求 安全需求包括對人身安全、生活穩定以及免遭痛苦、威脅或疾病等的需求。和生理需求一樣，在安全需求沒有得到滿足之前，人們唯一關心的就是這種需求。對許多員工而言，安全需求表現為安全而穩定以及有醫療保險、失業保險和退休福利等。主要受安全需求激勵的人，在評估職業時，把它看作不致失去基本需求滿足的保障。如果管理人員認為對員工來說安全需求最重要，他們就在管理中著重利用這種需要，強調規章制度、職業保障、福利待遇，並保護員工不致失業。如果員工對安全需求非常強烈時，管理者在處理問題時就不應標新立異，並應該避免或反對冒險，而員工們將循規蹈距地完成工作。

267 社交需求 社交需求 社交需求包括對友誼、愛情以及隸屬關係的需求。當生理需求和安全需求得到滿足後，社交需求就會突出出來，進而產生激勵作用。在馬斯洛需求層次中，這一層次是與前兩層次截然不同的另一層次。這些需要如果得不到滿足，就會影響員工的精神，導致高缺勤率、低生產率、對工作不滿及情緒低落。管理者必須意識到，當社交需求成為主要的激勵源時，工作被人們視為尋找和建立溫馨和諧人際關係的機會，能夠提供同事間社交往來機會的職業會受到重視。管理者感到下屬努力追求滿足這類需求時，通常會採取支持與贊許的態度，十分強調能為共事的人所接受，開展有組織的體育比賽和集體聚會等業務活動，並且遵從集體行為規範。

268 尊重需求 尊重需求 尊重需求既包括對成就或自我價值的個人感覺，也包括他人對自己的認可與尊重。有尊重需求的人希望別人按照他們的實際形象來接受他們，並認為他們有能力，能勝任工作。他們關心的是成就、名聲、地位和晉升機會。這是由於別人認識到他們的才能而得到的。當他們得到這些時，不僅贏得了人們的尊重，同時就其內心因對自己價值的滿足而充滿自信。不能滿足這類需求，就會使他們感到沮喪。如果別人給予的榮譽不是根據其真才實學，而是徒有虛名，也會對他們的心理構成威脅。在激勵員工時應特別注意有尊重需求的管理人員，應採取公開獎勵和表揚的方式。佈置工作要特彆強調工作的艱巨性以及成功所需要的高超技巧等。頒發榮譽獎章、在公司的刊物上發表表揚文章、公佈優秀員工光榮榜等方法都可以提高人們對自己工作的自豪感。

269 自我實現需求 自我實現需求 自我實現需求的目標是自我實現，或是發揮潛能。達到自我實現境界的人，接受自己也接受他人。解決問題能力增強，自覺性提高，善於獨立處事，要求不受打擾地獨處。要滿足這種盡量發揮自己才能的需求，他應該已在某個時刻部份地滿足了其它的需求。當然自我實現的人可能過分關注這種最高層次的需求的滿足，以致於自覺或不自覺地放棄滿足較低層次的需求。 自我實現需求點支配地位的人，會受到激勵在工作中運用最富於創造性和建設性的技巧。重視這種需求的管理者會認識到，無論哪種工作都可以進行創新，創造性並非管理人員獨有，而是每個人都期望擁有的。為了使工作有意義，強調自我實現的管理者，會在設計工作時考慮運用適應複雜情況的策略，會給身懷絕技的人委派特別任務以施展才華，或者在設計工作程序和制定執行計劃時為員工群體留有餘地。

270 食衣住行育樂演進 從人類起源後，因為生活的需要而在各個方面追求進步例如:(食)乾燥、醃漬→真空包裝→急速冷凍(食) 生火煮、烤、悶食物→灶→電鍋→瓦斯爐→電磁爐(行)步行→人力、獸力車→三輪車→機車→汽車→火車→飛機、輪船等等

271 總結 生物生存基本要素我主要是以人類作為深入探討，然而人類的需求的層級也比較多，一般除了人類以外的生物大多都只有生理需求，例如基本的進食、繁衍後代等等，而人類是唯一能在生理需求外，因生活便利及追求進步，更能夠符合人的需求，就如同有個手機品牌的廣告名詞”科技始終來自人性”。

272 二、細胞構造 1.原子→分子→細胞→組織→器官→系統→ 個體 2. 動物細胞：細胞核、細胞質 細胞膜、核糖體 植物細胞：細胞核、細胞質
1.原子→分子→細胞→組織→器官→系統→ 個體 2. 動物細胞：細胞核、細胞質 細胞膜、核糖體 植物細胞：細胞核、細胞質 細胞膜、細胞壁、葉綠體

273 三、細胞增殖 1.有絲分裂(僅分裂一次) 2.減數分裂(減數分裂兩次，成為四各子細胞)

274 四、植物的生殖 1.有性生殖 2.無性生殖 3.人工精術：懷孕時，嬰兒頭部朝下。若為上則為胎位不正。

275 B：黑色顯性 S：短毛顯性 b：白色隱性 s：長毛隱性 第一代：BBbb x SSss→BbSs 黑色短毛 第二代：BB,Bb,Bb,bb xSS,Ss,Ss,ss →9/16黑短+3/16黑長+3/16白短+1/16白長

276 生物的遺傳 B b BB Bb bb B b Bb S s Ss S s SS Ss ss

277 BB Bb bb SS BBSS BbSS bbSS Ss BBSs BbSs bbSs ss BBss Bbss bbss

278 DNA 全名：去氧核醣核酸 A：腺嘌呤 T：胸腺嘧啶 G：鳥糞嘌呤 C：胞嘧啶

279 DNA雙螺旋結構的發現科學家

280 DNA 的雙螺旋結構

281 塑化劑 DEHP與 DINP比較 名稱 DEHP鄰苯二甲酸二(2-乙基己基) 酯 DINP鄰苯二甲酸二異壬 酯 用途
常見的塑化劑，但不可添加在食品裡。 合法塑化劑，但不可添加在食品裡。 毒性 1.實驗會影響大鼠生殖系統，提高肝 腫瘤發生率。 2.被列為第四級毒性化學物質。 1.對動物急毒性比DEHP低，但 對老鼠肝臟等器官有毒性。 2.未被列為毒性物質。 致癌性 確定對動物致癌，國際癌症研究中心(IARC)歸為人類[可能]致癌因子。 確定對動物致癌，國際癌症研究中心(IARC)列為人類[可能]致癌因子。 對人體 傷害 女童性早熟、男性精子稀少、男童睪丸萎縮。孕婦攝取過量，可能會生出生殖器官異常男嬰。 會甘擾男性荷爾蒙，可能會造成男嬰生殖器官異常。 處理 喝水，大部分會於24-48小時，由尿液或糞便排出。 在4小時內，八成由尿液或糞便排出，最晚72小時內，全數排出。

282 第七章 7-1 遺傳規律 7-2 染色體和遺傳 7-3 遺傳工程 7-4 演化 7-5 健康與營養 7-6 淺談幾則令人困擾的疾病

283 人類性別的決定

284 IAIA IAIB IAi IBIB IBi ii 多基因遺傳 A=IAIA、IAi B=IBIB、IBi AB=IAIB O=ii IA
人類的血型屬單基因遺傳，其對偶基因有IA、IB、i三種，其中IA和IB分別對i為顯性，而呈現出四種血型。

285 追求美麗人生 健康:是人生尙大的財富。 財富:是快樂的泉源。 快樂:同時擁有健康與財富。 希望:有夢最美，希望相隨。
微笑:是健康的墊腳石，是事業成功的根本 ，是達成美麗人生的途徑。 (林福榮， )

286 保養身體，長壽之道 正修、樹德科大(102.05.21) 空腹或飯前吃水果幫助大腸潤滑，健康美容 最重要第一步。(要吃新鮮的水果)
保養身體，長壽之道 正修、樹德科大( ) 空腹或飯前吃水果幫助大腸潤滑，健康美容 最重要第一步。(要吃新鮮的水果) 吃飯少一點(約6、7分飽)，能活99 。 均衡營養，充足睡眠。 適當運動。(跑、跳、走、轉) 每天大笑三聲或假笑以便產生抗癌T細胞。 少吃肉多吃蔬果。 早上少吃冰冷的食物，冰就是毒少吃為要。 多喝水( cc)。(林福榮整理， )

287 保養身體，長壽之道 正修、樹德科大( ) 早上或中午到樹下做深呼吸運動(吸、吸、停，停、呼、呼)。目的增加身體內血液中含氧量的比例(含氧量增加)，精神飽滿，有活力。 保持牙齒的健康，每吃完東西必需簡單漱口，運用雙牙刷理論操作刷牙(隨時作刷牙運動)。 每天大號之後，儘量用有沖水管子洗肛門，以避免堵塞氣體流通(免治馬桶多使用)。 隨時做腹式呼吸法及提肛腹，以達永保健康。 (林福榮， )

288 保養身體，長壽之道 正修、樹德科大(104.11.28) 每天選擇你們最喜歡的運動: 1.游泳、 2.仰臥起坐、 3.伏地挺身、
保養身體，長壽之道 正修、樹德科大( ) 每天選擇你們最喜歡的運動: 1.游泳、 仰臥起坐、 3.伏地挺身、 4.靜坐深呼吸、5.慢跑、拍手、甩手， 6.走路…等 7.隨時做深吸，停，呼的動作， 9.晨光:有時間赤腳，接觸大地，呼吸鮮氣。 10. 土地:有空赤腳走路，並作深呼吸運動。 11. 夕陽:有時間赤腳，接觸大地，呼吸空氣。 以上能增進身體健康，增加體能，延年益壽。

289 健康之道 有時間赤腳，接觸大地，呼吸鮮氣。 持續運動適當時間(數分鐘到1-2小時)，有恆 則永保健康，面帶微笑青春、活力、美麗。

290 做微笑的你 微笑是人際溝通的第一份見面禮

291 做微笑的你 笑是人類交流最古老的一種方式，早在學會說話之前，人類就掌握了這門技巧。通常，人們把笑當作一種表情，或只視為是人類幽默感的展現。其實，校的含意和作用遠比這些多的多。我們使用著笑，卻一直低估它的作用。笑不只是個人感覺舒適或高興的表現，還可以和別人團結一致，用來傳遞彼此內心的感情。

292 我的健康秘訣

293 長壽17訣 1.髮應常梳:早起以雙手指尖輕梳頭髮、由前額到後頸40次。雙手按摩太陽穴，雙手大拇指打圈按摩30次。
2.臉宜多擦:晨以雙掌摩擦36次後,使手心發熱有心電作用、再輕擦臉部上下20次。 3.眼常運動:兩眼球左右上下轉動十次、在摩差掌心,雙手貼眼腔 4.鼻宜常摩:用食指及中指輕擦鼻梁30次。

294 長壽17訣 5.耳宜常彈、拉:兩手掌緊貼兩耳、用食指無名指三指頭擊頭枕骨30次，用兩手大拇指食指夾耳垂上下拉30次。
6.腰部搖動:腰向左轉及向右轉個搖擺打圓圈30次。 7.氣入丹田:用鼻慢慢吸氣送入丹田後、肛門立即收縮,停閉氣，後用口慢吐,呼吸30次。 8.搖頭運動:頭部向前後點頭,向左右轉頭各30次

295 長壽17訣 9.齒宜常扣:用上下牙齒互相叩擊30次。飯後 必刷牙。 10.腹宜常摩:肚臍周圍常做上下左右按摩30次
11.甩手運動:腳與肩同寬站立、兩手前後甩手，向前甩時不宜高過肩，配合呼吸，前吸後呼 300次以上。 12.踢足擺動:雙足前後互相踢動100次

296 長壽17訣 13.腳底按摩:手摩擦腳心的湧泉穴,或用木槌打擊 14.戒絕菸酒:戒絕菸酒、多吃蔬果,少吃炸烤、絕 不熬夜。
15.入廁開口:大小便時閉嘴,並摩擦生殖器及攝護 腺各30次。多喝開水,每天早晨如廁。 16.散步運動:早晚飯後散步5千步。 17.微笑養性:不與人爭是非,公益行善,知足達觀長 壽。

297 郭台銘成功之路(2012.03.31) 新進人員要看責任心, 中階人員要看上進心, 高階人員要看企圖心
走出實驗室，就沒有高科技，只有執行的紀律。 真正的英雄，是戰死在沙場上的人，而不是來領勳章的人。 主管每天要做的四件事：一是定策略，二是建組織，三是佈人力，四是置系統。 (2007新郭語錄 - 取自 今周刊Wikipedia - 郭語錄)

298 第八章 8-1 宇宙中的一顆寵星 8-2 盤古大陸 8-3 板塊運動 8-4 火山和地震 8-5 台灣的地理環境 8-6 地球接受太陽的能量
8-7 空氣的流動 8-8 氣象災害

299 太陽能

300 關於太陽能 太陽的能量，據計算，僅每秒發出的能量，就大約相當於 1.3億噸。太陽能是以電磁波的形式傳遞。 自從1973年第一次石油危機發生，世界各國警覺到石化能源 的獨佔性及有限性，因此積極開發太陽能源應用科技，以期 利用太陽能源應用之技術減低對石化能源的依賴性。時至於 今，太陽能源利用作為化解石油危機的功能並未真正發生。 反而因化石能源隨人類文明增進而過度開發，導致全球氣候 異常暖化。全球氣候環境異常變遷引起包括太陽能之再生能 源技術之開發利用再度成為各國極力發展的課題。

301 研發太陽能的目的 世界快速進步，在工商業各界如火如荼的進步 與發展下，石油的消耗量以倍增方式攀升。但 石油能源的庫存是有限的，於是相關的能源替 代方案相繼的發展研究中。

302 太陽能可以直接轉換為其他能量來加以利用。 轉換形式，有三種類型： 一、透過光合作用利用太陽能 地球上所有綠色植物，都是通過光合作用來直接 利用太陽能的。於是有人提出利用葉綠素再造太陽能 電池的設想，更據計算，利用葉綠素製造的太陽能電 池，效果相當理想。計每十平方米面積這種光電池， 效果即使僅得十分之一，也能發出一千電力。科學家 研究其他半導體和染料，以找出模擬光合作用的最佳 搭配，實現通過光合作用利用太陽直接發電，這對解 決人類對電力的需求具有特別意義。

303 二、利用光生伏打效應使太陽能轉化成電能 利用光生伏打效應，以太陽的輻射能力使太陽能 直接轉化成電能的製品，這是目前人造衛星的主要動 力來源，也是地面上許多場合不可缺少的特殊電源。 如船標電源等。 三、聚集太陽能加以利用 這是利用太陽能最成功的方式。只需依各吸收能 量的表面及加熱表面接觸的液體，便可達到加熱取 暖，供熱的目的。 這種聚集太陽能而加以利用的太陽能設備，按他 的原理，大致又可分為兩類：一是利用熱箱原理製成 的；另一類是利用各種類型的反射鏡將太陽光會聚後 投射到吸收表面而製成的。

304 台灣太陽能的發展與產業概況 由於半導體產業景氣循環的經驗，使得製造太陽能上游矽 晶圓的業者，對於擴產極為謹慎，加上半導體晶圓的供需也
很吃緊，因此在中下游太陽能電池與應用大增之際，上游原料 卻出現嚴重短缺。由於台灣有豐富的半導體晶圓代工優勢，在 太陽能領域應大有可為。 據統計，2003年台灣太陽能電池產值僅新台幣10億元，佔 全球產量僅1.2％，預計到2010年產值將達140億元，佔全球產 量10％，年複合成長率達30%，成長力道十分強勁。在上游部 份，由於台灣目前並無矽原料生產的能力，因此台灣的太陽能 廠商多集中在產業鍊的中下游。

305 風力發電 簡易介紹無污染的發電-風力發電。

306 預估未來數年太陽能產業的年複合成長率仍高達30%，08年油價年均價預估將較07年上揚，再加上石化燃料所造成的溫室效應等環保問題，各國陸續補助太陽能產業的趨勢並未改變，因上游矽材料的缺料問題須至2010年左右方能解決，在現階段缺料的時間點，掌握料源的廠商為佈局的重點。

307 關於太陽能的利用(影片) http://tw.youtube.com/watch?v=cjz3UHs-Hck

308 第九章 9-1 生物與環境 9-2 生物資源 9-3 礦產資源和水資源 9-4 空氣污染的後果 9-5 能量資源 9-6 污染防治與環境保護
9-7 我們只有一個地球

309 溫室效應：CO2濃度越高，溫度越高 颱風：逆時針(低) 順時針(高) 當兩個颱風來來臨時，若相距1000公里左右時會發生共拌效應，藤原效應。 強烈颱風：風級17級以上 約12級以上則放假 臭氧O3：有殺菌能力 核能發電運用到愛因斯坦的光電效應E=mc2

310 1.生產者：如：植物(低階)製造給他人 2.消費者：不能自己製造食物，分三級 3.分解者：如：細菌、真菌 溫室效應：溫室氣體 核反應：235U+ 1n→139Ba+9Kr+31n 質量數：236 質子數：92 E=MC2 臭氧層(O2) 奈米(nm)：n=10-9

311 毒奶粉、奶精濃度： 1％= =1x10-2 102 1ppm= 1 =1x10-6 106 1ppb= 1 =1x10-9 109

312 三聚氰胺 化學式 C3N3(NH2)3 N H2N C C NH2 N N C NH2 結構式

313 蓖麻毒蛋白分子三维结构 蓖麻毒蛋白分子三维结构[8]
蓖麻毒蛋白的氨基酸组成（质量百分比）如下：赖氨酸-1.5%，撷氨

314

315 蓖麻毒蛋白結構圖(林福榮， )

316 硫氰化鉀(林福榮， ) 化學式:KSCN 結構式: 分子量:97.18 英文:Potassium thiocyanate

317 地球暖化

318 前言 地球溫暖化的元兇－溫室氣體，絕大部分是人 為造成的，如何防止地球繼續暖化，減少溫室 氣體的排放，實是當務之急。

319 造成地球暖化原因 溫室效應 森林砍伐 大量開採煤、石油和天然氣等化學燃料 空氣污染

320 地球暖化的影響 1978至今，北極冰圈以每十年約百分之九的速度縮小。 超級暴風雨在某些地區造成嚴重水災，其它地區的旱災和林火則會增加。
2003年，熱浪在歐洲造成3萬人喪生，並在印度造成1千5百人喪命。 過去50年來，全球平均氣溫以有史以來最快的速度持續上升。 珊瑚礁及高山草原等生態棲息地將遭到嚴重破壞，使得許多動植物面臨絕種的危機。 印度已經有兩座島嶼因為海平面上升而淹沒，一萬多人被迫撤離家園。

321 如何防止地球持續暖化 減少能源的浪費 種樹與造森 以腳踏車或大眾交通工具代步 不用氟氯碳化物噴霧產品 盡量減少使用冷氣
儘可能設置甲烷（沼氣）回收系統 加強替代能源的研究與運用 減少二氧化碳排放量

322 全球變暖潛能 (Global Warming Potential)
各種溫室氣體對地球的能量平衡有不同程度的影響。為了幫助決策者能量度各種溫室氣體對地球變暖的影響，‘跨政府氣候轉變委員會’ (Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)在1990年的報告中引入‘全球變暖潛能’的概念。‘全球變暖潛能’ 是反映溫室氣體的相對強度，其定義是指某一單位質量的溫室氣體在一定時間內相對於CO2的累積輻射力*。對氣候轉變的影響來說，‘全球變暖潛能’的指數已考慮到 各溫室氣體在大氣層中的存留時間與及其吸收輻射的能力。在計算‘全球變暖潛能’的時候，是需要明瞭各溫室氣體在大氣層中的 演變情況(通常不太了解)和它們在大氣層的餘量所產生的輻射力(比較清楚知道)。因此，‘全球變暖潛能’含有一些不確定因素，以CO2作為相對比較，一般約在±35%。

323 輻射力的定義是由於太陽或紅外線輻射份量的轉變而引致對流層頂部的平均輻射改變。輻射力影響了地球吸收和釋放輻射的平衡。正值的輻射力會使地球表面變暖，負值的輻射力使地球表面變涼。

324 溫室效應’增強後的影響 i)氣候轉變：全球變暖
溫室氣體濃度的增加會減少紅外線輻射放射到太空外，地球的氣候因此需要轉變來使吸取和釋放輻射的份量達至新的平衡。 這轉變可包括‘全球性’的地球表面及大氣低層變暖，因為這樣可以將過剩的輻射排放出外。雖然如此，地球表面溫度的少許 上升可能會引發其他的變動，例如：大氣層雲量及環流的轉變。當中某些轉變可使地面變暖加劇(正反饋)，某些則可令變暖過 程減慢(負反饋)。

325 利用複雜的氣候模式，‘政府間氣候變化專門委員會’在第三份評估報告估計全球的地面平均氣溫會在2100年上升1. 4至5
利用複雜的氣候模式，‘政府間氣候變化專門委員會’在第三份評估報告估計全球的地面平均氣溫會在2100年上升1.4至5.8度。這預計已考慮到大氣 層中懸浮粒子傾於對地球氣候降溫的效應與及海洋吸收熱能的作用 (海洋有較大的熱容量)。但是，還有很多未確定的因素會影響 這個推算結果，例如：未來溫室氣體排放量的預計、對氣候轉變的各種反饋過程和海洋吸熱的幅度等等。

326 ii) 海平面升高 假若‘全球變暖’正在發生，有兩種過程會導致海平面升高。第一種是海水受熱膨脹令水平面上升。第二種是冰川和格陵蘭及南 極洲上的冰塊溶解使海洋水份增加。預期由1900年至2100年地球的平均海平面上升幅度介乎0.09米至0.88米之間。

327 地球的能源奧秘 --全球暖化--

328 大氣分層圖 高度(公里) 增溫層 中氣層頂 中氣層 平流層頂 平流層 對流層頂 對流層 溫度(°C) 140 120 100 80 60
-80 -40 40 80 溫度(°C)

329 空氣的流動 高壓 低壓 HIGH LOW 下沉氣流 雲 上升氣流 高壓 低壓 1000 1004 1028 1024 1008 1020
1012 1016 1020 1028 1024 1020 1016 1012 1008 下沉氣流 雲 上升氣流 高壓 低壓

330 核分裂 330

331 其他核碎片 鈾-235的核反應 U 235 二個中子 U 235 U 238 U 239 一個中子 1/2個中子 U 238 熱 U 239

332 核分裂化學反應 235 U92 + 1n0 →139 Ba Kr n0 235 U92 + 1n0 →94 Sr Xe n0

333 核融合 333

334 氫核融合為氦的主要流程為 1H + 1H →2H + e+ + υe (微中子) 2H + 1H →3He +ŗ
3He + 3He →4He + 2 1H 淨反應式可寫成： 4 1H →4He + 2 e+ + 2 υe(微中子) + 能量 正電子(e+)與一般電子相遇後，相互湮滅產生二個X射線，故氫歷經質子–質子鏈的融合反應，可以簡單的表示成： 4 1H →4He + 2 υe (微中子) + 能量 2H1 + 3H1→4He2+ 1n0+能量

335 愛護地球，人人有責 1.舒適生活，陷人嬌弱 2.科技進步，增長私心 3.我們只有一個地球
我們都是宇宙中銀河系、太陽系、地球上的人。宇宙遼闊，地球是一個比太陽小的多的星球，經過四十六億年的演變，才有今天有摻有水的藍色星球。 2.科技進步，增長私心 人類自詡為萬物之靈，有著各種生物所不及的聰慧頭腦，也裝滿了自私和利益。 3.我們只有一個地球 現代人忙於工作遊樂，卻疏忽給子女良好的規範，提供子女大筆金錢，使子女習於浪費而摧殘萬物不自覺。

336 1.生物與環境相依相存，生物離不開水、空氣、和土地。
2.地球上的有些資源在岩石圈、水圈、氣圈、和生物圈中流動，藉水循環、氮循環、磷循環、和碳循環等方式而限制在地球範圍以內。 3.人類賴以生存的物質和能量總稱為資源。植物是再生資源，礦物是非再生資源，水是可以再用資源。空氣水是取之不盡用之不竭的資源，空氣遭受煙霧和酸雨的汙染、溫室效應、臭氧層破壞等，都使生命飽受威脅。

337 全球暖化 全球暖化指的是在一段時間中，地球的大氣和海洋溫度上升的現象。在20世紀，全球平均接近地面的大氣層溫度上升了攝氏0.74度。普遍來說，科學界發現過去50年可觀察的氣候改變的速度是過去100年的雙倍，有理由認為該時期的氣候改變是由人類活動所推動。 二氧化碳和其他溫室氣體的含量不斷增加。正是全球變暖的人為因素中主要部分。燃燒化石燃料、清理林木和耕作等等都增強了溫室效應。

338 何謂溫室效應 溫室效應是指地球大氣層上的一種物理特性。假若沒有大氣 層，地球表面的平均溫度不會是現在 合宜的15℃，而是十分
低的-18℃。這溫度上的差別是由於一類名為溫室氣體所致， 這些氣體吸收紅外線輻射而影響到地球整 體的能量平衡。在 現況中，地面和大氣層在整體上吸收太陽輻射後能平衡於釋放 紅外線輻射到太空外。但受到溫室氣體的 影響，大氣層吸收 紅外線輻射的份量多過它釋放出到太空外，這使地球表面溫度 上升，此過程可稱為‘天然的溫室效應’。但由 於人類活動釋放 出大量的溫室氣體，結果讓更多紅外線輻射被折返到地面上， 加強了‘溫室效應’的作用。

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340 溫室效應 家居陽台搭個鐵皮或塑膠小屋，保持一定溫度用以培養花朵，這個塑膠小屋稱為溫室。在大氣覆蓋下的地球，也有相同效果。
太陽光穿透大氣溫暖了地球表面。 1.H2o，溫室氣體吸收紅外光直輻射回地球。 2.累積過多的溫室氣體後，更多熱留在地表，T↑ 3.地球被循環加熱而聚集熱的行為稱為溫室效應。 CO2,H2O,FclC,Ccl3F,CH4,N2O,

341 溫室效應 溫室效應指地球大氣層上的一種物理特性。假若沒有大氣層，地球表面的平均溫度不會是現在合宜的15℃，而是十分低的-18℃。這溫度上的差別是由於一類名為溫室氣體所引致，這些氣體吸收紅外線輻射而影響到地球整體的能量平衡。在現況中，地面和大氣層在整體上吸收太陽輻射後能平衡於釋放紅外線輻射到太空外。

342 溫室效應 受到溫室氣體的影響，大氣層吸收紅外線輻射的份量多過它釋放出到太空外，這使地球表面溫度上升，此過程可稱為【天然的溫室效應】。但由於人類活動釋放出大量的溫室氣體，結果讓更多紅外線輻射被折返到地面上，加強了【溫室效應】的作用。

343 全球暖化的影響 全球性的溫度增量可能反過來導致其它方面的變動，包括海平面上升和降雨量及降雪量在數額上和樣式上的變化。這些變動也許促使極端天氣事件更強更頻繁，譬如洪水、旱災、熱浪、颶風和龍捲風。除此之外，還有其它後果，包括更高或更低的農產量、冰河撤退、夏天時河流流量減少、物種消失及疾病肆虐。預計全球變暖所因致事件的數量和強度; 但是很難把這些特殊事件連接到全球變暖。 雖然很多研究集中在2100年或之前的時間，但是預期全球變暖、海平面上升會在往後的日子仍然繼續。因為二氧化碳在大氣中有50年到200年的壽命 。但是還是有不少氣候研究顯示為人類的行動在最近全球變暖中其實沒有扮演重要角色。

344 森林資源與全球暖化 全球森林資源是有效防止全球暖化的工具。樹木通過光合作用吸收空氣中的二氧化碳，生成氧氣和糖類。當人類將森林破壞後有一部分會被用作燃料使用用於供暖或是燒製成碳木。在使用的過程中燃燒會產生二氧化碳，增加二氧化碳在大氣中的含量，進一步加重溫室效應，加速全球氣溫變暖。因此，一方面減少吸收二氧化碳這種主要溫室氣體的數量，另一方面又會增加二氧化碳的排放。所以破壞或是不合理使用森林資源資源是對環境的嚴重破壞，是全球氣溫上升的一大誘因。

345 台灣在全球暖化中扮演的角色 台灣的海岸生態、泥沙、採集等人為干擾;以及全球暖化的溫室效應,致使台灣海域的珊瑚礁遭受到十分嚴重的浩劫。由於周期性遭受海水浸淹的潮間帶環境,使紅樹林構成了十分獨特的海陸邊緣生態系統,既不同於陸地生態系統，也異於海洋生態系統，在全球生態平衡中扮演重要的角色。

346 我們能做些什麼改善全球暖化惡化的情況 用腳踏車取代機車、汽車〈減少廢棄排放量〉 用大樹取代大型看板〈讓樹行光合作用〉
扇子取代冷氣〈減少冷煤危害地球〉 用溫馨親子相聚時光取代電視保母〈減少電的浪費〉 用洗米水取代清水澆花〈減少水的浪費〉 用口香糖取代香菸

347 盡量減少工廠排放廢水、廢棄物。 用團結的心挽救全球暖化。 用真誠的心對待大自然。 用關懷的心愛護地球所有的生物。 用無私的心為下一代留下一個乾淨、無危害的〝綠 色〞世界。

348 臭氧層與溫室效應

349 臭氧層 地球被看佈道的大氣包圍著，它們分為對流層、平流層、中氣層、增溫層，可以阻擋炙熱的陽光，和有害的光線。
對流層上面有平流層。平流中，氧聚集形成臭氧，臭氧巨集形成臭氧層，臭氧層是保護自然很重要的大氣層。 稀疏的臭氧層不能阻擋有害光線，住在地球的生命體就會不好受，當那些有害光線直接照到地球上時，生命體就會生病，因為有害光線會對動、植物和農作物造成很大的傷害，人類也可能因此生病。

350 溫室效應的產生 「溫室效應」(greenhouse effect)是由於大氣中 二氧化碳、甲烷等物質的濃度增加聚集於平流層，影
響地球輻射能之散失而引起全球氣溫升高的現象。 另一方面溫室效應被形容是由有害氣體所形成的一 個透明罩子，把地球表面的熱量阻隔在大氣層內，使 熱量難以散發，從而造成全球性的氣候變暖及一系列 的生態失調問題。

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353 溫室效應的影響 溫室效應的影響 1.氣溫上升 2.對人類生存產生威脅 沙漠化 1.沙漠化的原因 2.沙漠化的現況
大陸沙莫化嚴重倒至鹹海乾涸船隻擱淺

354 海洋生態破壞 1.海洋生態破壞原因 2.調節功能的喪失 ，大小魚通抓，破壞資源甚烈。 為了方便漁民泊船及出入港， 只好犧牲珊瑚礁來擴建漁港
為超量的底拖網船在沿岸海底反覆拖曳 ，大小魚通抓，破壞資源甚烈。 為了方便漁民泊船及出入港， 只好犧牲珊瑚礁來擴建漁港

355 搶救地球 1985年聯合國環境規劃署召集了是姐各國共商討論對策，簽訂［保護臭氧層維也納公約］，管制破壞臭氧層物質。
意識到臭氧層的變化對人類健康和環境可能造成有害影響 1985年聯合國環境規劃署召集了是姐各國共商討論對策，簽訂［保護臭氧層維也納公約］，管制破壞臭氧層物質。 1987年更進一步通過[蒙特婁議定書]，訂定破壞臭氧層化學物質的管制措施。 1997年簽訂的［京都議定書］中，各主要工業國更同意立法設定二氧化碳的減量目標。

356 如果要保護我們的地球,就要從我們自己開始做起，減
碳就是一個很好的實行層面，在這裡我提供一些減碳 的方法： 少數人家般活連續假日時,盡量不開啟中央空調,以避免主機高成本,低效率運轉。 盡量購買有環保徽章,節能標章,省水標章等綠色產品,讓自己成為一個身體力行的”綠色消費者”。 交通方面,短程路途盡量可改成騎單車或步行前往的方式替代,除可減少廢氣排放及能源消耗量,也可增進個人健康。

357 節能標章 環保徽章 節能標章 省水標章

358 聖嬰現象

359 聖嬰的現象 「聖嬰」一詞源自西班牙文 El Nino，英文翻譯為 Christ Child，意為上帝之子。 一般氣候
此詞乃南美秘魯漁民用以稱呼發生於聖誕節時期，其鄰近熱帶太平洋海域海溫及洋流異常變化之現象。 一般氣候 東太平洋海洋深處之低溫海水上湧補充西行之洋流，此一上湧洋流 (稱湧升流) 含豐富養分，遂吸引大批魚群聚集，造就了秘魯及鄰近諸國漁業之發達，而海鳥亦隨魚群湧現而聚集，其排泄物則成為當地農業的主要肥料來源。 聖嬰期間 聚集於東太平洋的高溫海水，抑制該區深處低溫海水上湧，於是魚群聚集數量減少，海鳥出現之數量亦銳減，使該區域的漁、農業均蒙受相當程度的損失。

360 聖嬰現象的特徵 東、西太平洋海溫溫差的逆向改變，其直接伴隨之大氣變化則是氣壓場上蹺蹺板式的東西振盪。當海溫變化呈現東高西低時，氣壓場變化則為西高東低，反之若海溫變化為東低西高，氣壓場則呈西低東高之改變。 氣象界慣以南太平洋東部之大溪地和西部位於澳洲之達爾文，兩者間氣壓場的差異值為指標來顯示，並將此振盪取名為「南方振盪」(Southern Oscillation) 「聖嬰」(El Nino) 和「南方振盪」(Southern Oscillation) 此一相隨而生之大氣、海洋變化現象，則被合稱為 ENSO。

361 為了均衡東太平洋區空氣之上升，海溫降低之熱帶西太平洋上空 之空氣遂下沉，造成地表壓力增加並抑制降雨。因此，「聖嬰」年 之一般氣候變化概況為：熱帶東太平洋區，海溫增高，空氣受熱上 升，地表壓力降低，降雨增加，發生水災之機會增高；熱帶西太平 洋區之氣候變化則與東太平洋區相反，在印尼、菲律賓、澳洲北部 較易導致乾旱。

362 聖嬰現象在全球的影響 太平洋和大氣層間這種異常的互動關係，不久後將如漣漪般擴散，漸漸影響到全球的氣候；其中，熱帶雨雲的異動，在此扮演著「傳播媒介」的重要角色。 比如：一條湍急小溪底部，佈滿了各式的石頭，這些石頭的排列、形狀、大小，不僅深深影響到小溪的流向、波浪的形狀，甚至還決定了漩渦的位置、水位高低的分佈等等。一旦我們移動了其中任何一塊石頭，水波的流動則必會發生改變；水波的流動一改變，那麼，漩渦、亂流的位置也就會跟著產生異動。

363 熱帶雨雲的位置，不但影響了氣流的方向，也控制了氣流的強弱、波形等等，就有如石頭對溪流的關係。而這些氣流的方向與波形，將決定一切的群風位置、暴風途徑，以及噴射氣流帶的分佈（噴射氣流帶：jet stream，即對流層、平流層之間的東向氣流，見圖）。因此，在聖嬰年中，熱帶降雨雲團異常東移的結果，將造成噴流產生極大的運動，而導致全球氣候的異常現象。

364 聖嬰年中，氣候的異變在冬天最為明顯；此時，加拿大西部至美國北部的地區會異常溫暖，而美國南部德州、佛羅里達州一帶則會陰雨不斷。此外，我們必須瞭解：雖然聖嬰現象的確會影響氣候，但它只是決定氣候的一個因素而已；有時，其他影響氣候的因素，可能平衡、減低聖嬰現象所造成的衝擊。因此在聖嬰年中，並不一定會有明顯的聖嬰現象發生。 右圖則是聖嬰年中噴流的狀態。 噴流 左圖表示正常情況下噴流的範圍與方向（以小箭號表示） 「噴流」是一股介於平流層、 對流層間的東向氣流， 其高度約在海平面以上五～十五呎。

365 生活科技 水電解 變燃料氫油車節能 目的 水電解成會燃繞的氫及能助燃的氧，讓 水取代汽油成為推進汽機車的燃料。 引進
國內的友荃科技，即應用將水電解後轉化成氫氧的原理，開發出車用氫氧機，並於歐盟能源會議中拿下「2007年能源全球獎 」;去年屏科大教授洪辰雄指導學生謝孟翰將電電解成氫氧做為機車引擎燃料，也在 瑞士拿下金牌。

366 內容 （一） 在水中加少許氫氧化鈉，水便會被電解成燃燒力強的氫氣及助燃效果絕佳的氧氣。 （二） 根據這個原理，目前產、學界進一步研發出 氫焰能，並應用在民生及工業用途。

367 （三） 將水電解產生氫氣，做為機車引擎的料，100cc水電解出來的氫，燃燒產生的熱能足供引擎持續運轉一個小時。 （四） 友荃利用車用氫氧機結合汽車引擎，開發出一款具有雙燃料共行機制的「氫油節能車 」，估計可節省二至三成的燃料費，未來 還會開以水替代汽油的「進階版」

368 結論 「一般汽、柴油因含有硫、氮等成分，無法 達到百分之百燃燒」，友荃副總經理陳憲平 說，但氫氧焰能提高油料燃燒效能，不但讓 1600ｃｃ的汽車馬力提升成1800ｃｃ, 還能 清途引擎積碳。

369 15年後 全球恐面臨缺水危機 聯合國水資源組織指出，再不採取行動改革水資源的使用、管理及分享，全球很快面臨缺水危機。其在年度｢世界水資源發展報告｣中指出，人口激增是導致缺水的主因之一。全球人口以每年八千萬人的速度增加，二o五o年前可能達到九十一億人。用水需求將增加百分之五十五。

370 報告指出，雖然目前水資源尚足以應付全球所需，但若沒有妥善管理，到二O三O年前，用水需求和供給間將出現百分之四十的落差，就是所謂的｢水赤字｣
15年後 全球恐面臨缺水危機 報告指出，雖然目前水資源尚足以應付全球所需，但若沒有妥善管理，到二O三O年前，用水需求和供給間將出現百分之四十的落差，就是所謂的｢水赤字｣

371 15年後 全球恐面臨缺水危機 造成缺水危機的因素，除了人口，還有工業、殺蟲劑及廢水造成的汙染，以及超抽地下水。
水資源組織建議，全球應共商用水大計，建立規定杜絕浪費，懲罰汙染者，鼓勵創新及保護自然資源。

372 科技的本質

373 科技的意涵 有人類的存在就有科技，當時人類為了解決生存的問題，利用自然材料製作簡單的工具，進而發展出能改善生活的方式 ，科技的本質在於人類運用科學、知識、創意和資源，以解決所面臨的問題，改善生活環境的行動。可以說科技是人類生存的一種手段，也是社會變遷的主要動力。

374 科技的社會特質 一、地球村的形成 現代科技的發達，使生產力提升，運輸科技的進步 ，資訊傳播科技的蓬勃發展，讓資訊很快就可以傳播到地球上任何角落。 二、知識經濟的興起 傳統的經濟發展依賴天然資源、資本與勞力，但在科技社會裡，經濟的優勢取決於資訊與知識。哈佛大學 波特 (M.Porter)教授在國家競爭優勢(The Competitive Advantage of Nations)。

375 三、多元資訊的傳播 人們接受資訊的來源很廣，例如：網路、電視、廣播、電影、報紙、雜誌等，傳統的書籍只是資訊來源的一小部份。新的資訊不斷產生，透過網際網路(Internet)或電子媒體快速的傳播。 四、終身學習成為教育主流 科技高度發展，資訊與技術推陳出新，每一]個人若不學習新的知識與技能，將會落伍而不合時宜，因此若不主動學習，培養解決問題的能力，將無法因應科技的變化。

376 五、科技知識是決策的基礎 社會愈進步，政府為推動各種公共政策，愈需要科技的知識作為依據。在公共安全、衛生與環保問題上，尤需要以客觀的科學研究結果。

377 海水轉變淡水的方法

378 壹.緒論 隨著氣候變化、乾旱、人口和工業用水的增加，各國對淡水的需求量越來越大，使得淡水的有效供應日益趨緊。
地球上的水約97 ％是海水，淡水只有3 ％，而且多數的淡水以冰河等形式存在於地球表面，人類可利用在地表的淡水資源大約只占全球水資源總量的0.26 ％。 海水是地球上數量最大的資源，包括取之不盡、用之不竭的水資源。開發和利用海水淡化技術，不僅是現代海洋開發的一項重要任務，也是未來開發新水源解決全球性水資源危機的重要途徑之一。

379 叁.主流海水淡化法簡介 熱蒸餾法 薄膜法 多效蒸發法 多級閃化法 蒸氣壓縮法 逆滲透法 電透析法

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381 蒸餾法 蒸餾法是最早採用的海水淡化技術，是海水淡化最主要的方法。主要是將海水加熱蒸發，再使蒸氣冷凝得到淡水的技術。包括多級散蒸、多效蒸發、壓汽蒸餾等。另外海水淡化法，即冷凍法也可歸結為蒸餾法。它是利用淡水較鹽水易於結冰的特點而進行淡水分離的一種工藝。

382 多級閃化法(MSF) 多級閃化法是全球總裝置容量最大的海水淡化方式，於1950年代開始發展，是利用液體在沸點時產生蒸氣的原理，把溶液中的水分轉變成蒸氣，而和溶解於溶液中的鹽分分離。

383 多級閃化法(MSF) 多級閃化法的海水蒸發不在熱交換器表面上發生，因此極少有礦物質沉澱，這方法是針對多效蒸發法的積垢較嚴重的缺點而發展出來的。 具有設備簡單可靠、防垢性能好、易於大型化、常和火力發電廠配合運轉，利用火力發電廠汽輪機使用過的低壓廢蒸氣，做為淡化過程中加熱海水的熱源。

384 多級閃蒸 多級閃蒸是針對多效蒸發結垢較嚴重的缺點而發展起來的，具有設備簡單可靠、防垢性能好、易於大型化、操作彈性大以及可利用低位能和廢熱等優點。因此一經問世就得到應用和發展。多級閃蒸法不僅用於海水淡化，而且已廣泛用於火力發電廠、石油化工廠的鍋爐供水、工業廢水和礦井苦鹹水的處理與回收，以及印染和造紙工業廢水的回收等。 多級閃蒸是海水淡化工業中技術最成熟的運行安全性最高，彈性大，適合於大型和超大型淡化裝置，主要在海灣國家使用。

385 多級閃蒸 多級閃蒸是多級閃蒸餾法的簡稱，過程原理如下:將原料海水加熱到一定溫度後引入閃蒸室由於該閃蒸室中的壓力控制在低於熱鹽水溫度所對應的飽和蒸汽壓的條件下，故熱鹽水進入閃蒸室後即成為過熱水而急速地部分汽化，從而使熱鹽水部分的部份的，所產生的蒸汽冷凝後即為所需的淡水。多級閃蒸就是以此原理為基礎，使熱鹽水依次流經若干個壓力逐漸降低的閃蒸室，逐級蒸發降溫，同時鹽水也逐級增濃，直到其溫度接近(但高於)天然海水的溫度

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387 多效蒸發法(MED) 多效蒸發法是海水淡化技術中最早發展成功的方法。
利用高溫蒸氣和海水的溫差進行熱交換後，使受熱沸騰而蒸發的海水冷凝並收集而得到淡水。 由於多效蒸發法的海水在熱交換器表面上蒸發，因此有礦物質沉澱而積垢的現象，進而阻礙了能量的傳輸。 開發出低溫多效蒸發技術，設計在低溫操作，雖然可能損失掉一些能量，但是可以防止材料在高溫操作時所產生高腐蝕和積垢的現象。

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389 低溫多效蒸餾淡化技術 指鹽水的最高蒸發溫度低於70℃的淡化技術，其特徵是將一系列的水平管噴淋降膜蒸發器串聯起來，用一定的蒸汽輸入通過多次的蒸發和冷凝，後面一效的蒸發溫度均低於前面一效，從而得到多倍於蒸氣量的蒸餾水的淡化過程。 低溫多效蒸餾淡化技術裝置和設備分為工廠式(室內兒裝型)和及裝箱式(戶外安裝型:固定安裝或移動安裝) 。

390 蒸氣壓縮法(VC) 蒸氣壓縮法和多效蒸發法相同，主要的差異是通過導管內的鹽水所產生的蒸氣不被立即單獨冷凝，而是經壓縮機壓縮至外殼側，讓蒸汽凝結在導管上，同時放出潛熱而蒸發更多的鹽水。 蒸發能源並非來自前述的兩種蒸發法中的加熱蒸氣，而是來自蒸氣壓縮機的能量轉換。 利用電能驅動壓縮機，壓縮蒸氣提高它的凝結點；另一方面，降低濃鹽水的壓力和沸點，使它易於蒸發，再冷凝，如此不斷地在熱傳導面循環進行熱交換。 並不需要大量蒸氣做為熱源，可用以替代多效蒸發法、多級閃化法等海水淡化程序。

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392 膜法主要是利用膜的選擇透過性進行鹽水分離達到海水淡化的目地，主要包刮反滲透法海水淡化(RO)和電滲析法(ED)。
薄 膜 法 膜法主要是利用膜的選擇透過性進行鹽水分離達到海水淡化的目地，主要包刮反滲透法海水淡化(RO)和電滲析法(ED)。

393 逆滲透法 逆滲透法是1953年才開始採用的一種膜分離但畫法。這方法是利用海水滲透壓的原理，把海水經高壓水泵加壓處理，產生大於滲透壓的壓力，使淡水透過半透膜而反滲出來，濃鹽水則由另一端排放出去。 海水通過半透膜之前，必須經過預處理的過程，使水質能符合半透膜的設計需求，以增長半透膜的壽命。 由於操作溫度較近於常溫，逆滲透法的最大優點是節能，它的操作能耗遠低於電透析法和蒸發法。

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395 電透析法 電透析法是把很多陰/陽離子薄膜交錯地並、串聯再一起，電解質容易則在膜間流動。
為防止離子膜因長時間的使用而產生結垢和污髒的現象，在設計電極時通常都採用互換電流方向的方式。 電透析法需耗用大量的電能，且隨著海水變淡水所造成的電阻增加，電流強度無法提升而影響效能。 若海水所含的總溶解固體量較高，每噸水耗費的電量會較逆滲透法高，不符合經濟效益。因此，這方法多應用在總溶解固體量較低的鹹水（低鹽度含量）的淡化上。

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397 方法 薄膜法 熱蒸餾法 優點 所需能源較少 土地成本較低 回收率較高 單位空間產水率高 操作溫度與周遭溫度相同.可降低機組結垢與腐蝕 結構簡單.維修容易 規模擴充較為容易 淡化所得之淡水品質較佳 不須經常清洗 技術成熟.支援度高 適用各種原水水質 前處理要求低 缺點 無法殺死水中微生物.必須再經過前.後處理方可使用 薄膜法前處理要求較高 產水率易隨薄膜積垢而降低 薄膜必須經常清洗 淡水回收率較低.相對海水循環量大 操作溫度高.機組容易結垢與腐蝕 佔地面積大.土地成本高 一般同時需要熱能與電能.能源消耗較大

398 各種水質標準與海水淡化製成水質比較表 重要項目 台灣省 自來水 水質標準 飲用水 逆滲透法 海淡廠 製成水質 蒸餾法 一級工業用水質
濁度（NTU） 4 2 － 色度（P.C.U） 15 5 pH值 6.5～8.5 6.5～9.0 氯鹽（mg/l） 250 120 3 總溶解固體量（mg/l） 100～500 5～50 <40

399 各種海水淡化方法之產水成本比較表 水源 製程 各項成本(%) 單位產水成本 (每噸) 設備 能量 其他 海水 單目標 33 42 37 36
33 42 37 36 52 58 31 6 5 35.67 64.65 57.97 31.21 滲透式(R.O.) 多級閃化蒸餾(M.S.F.) 多效應蒸餾(M.E.D.) 蒸汽壓縮(V.C.)

400 真空冷凍結冰法 一.原理介紹 冷凍法海水淡化技術屬於相變化的一種，利用海水在真空中閃化蒸發會帶走大量潛熱的特性，使表層溶液蒸發而造成下層溶液結冰。 冰的熔化熱約80 cal/g，而水的汽化熱約540 cal/g，故結冰法相對蒸餾法耗費能量低很多。 將海水降溫至冰點以下，則純淨的水先結冰，因水能夠形成強氫鍵，水結冰時為達到最穩定的狀態，水分子間緊密結合而無機物或其他有機物質等被擠出，降溫所析出之冰晶其內部所含鹽分甚少，相當純淨。

401 二.技術回顧 自然冷凍法 人工冷凍法 利用冬季海水自然冷凍結冰，取冰融化而得到淡水。 直接冷凍法：利用冷媒與海水直接接觸而使海水結冰。
間接冷凍法：　　　　　　　　１）利用減壓方式使部分海水蒸發而部分海水冷卻結冰。　　　 ２）利用冷媒之壓縮與膨脹與海水進行間接熱交換冷卻海水使之結冰　　　　　　　　　　　　　　

402 三.真空冷凍海水淡化法之優缺點 優點 缺點 以熱力學觀點，理論上冷凍結冰法過程所需能量約為蒸餾法的１／７。
由於在低溫下操作，材料本身之腐蝕程度較輕，可選用較低價之材料。 鹵水中所含腐蝕物質少，可降低鹵水之處理費用，並避免鹵水排放對環境之衝擊。 無高溫結垢之問題，可節省化學藥品及預處理費用。 在冷凍過程中，要除去熱量相當相對於加熱困難很多。 保持系統之真空度相當困難 冰漿之輸送、分離及洗滌困難，容易使輸送管路賭塞，造成生產流程中斷，增加系統控制之難度。 必須消耗部分之成品水用來清洗冰晶。

403 四.真空冷凍結冰之操作系統 前處理系統 融結冰操作系統 輔助工作系統 真空結冰水蒸氣壓提升法海水淡化系統 前處理系統 過濾單元 脫氣單元
預冷單元 融、結冰操作系統 結冰單元 洗冰單元 融冰單元 水蒸氣壓提升單元 多餘蒸氣處理單元 輔助工作系統 監測單元 泵送單元 油壓單元 真空抽氣單元 吸收液再生單元

404 五.製程圖

405 陸.參考文獻 經濟部水利署 海水淡化網 海水淡化過程 海水淡化發展趨勢 逆滲透法 水資源概念 水與海水的淡化