能量轉換

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引言

宇宙中的所有物質都由稱為分子的微小粒子組成。它們透過某種吸引力相互吸引。分子之間存在分子間引力。宇宙中的所有物質都被視為物理系統。這些都由物理定律來分析。宇宙中的每個物體都不能在沒有外力的作用下移動。如果對物體施加力，它將被儲存在內部，然後以功的形式釋放。

什麼是能量？

物理系統需要做功的能力稱為系統的能量，它是一個標量。它以多種形式存在。能量的SI單位是焦耳。能量用於為我們使用的裝置提供動力，例如熱、光等。不同的能源主要用於發電。

能源可分為可再生能源和不可再生能源兩大類。可再生能源是從流動資源（如風、潮汐、陽光等）獲得的能源。從不可替代的自然資源中獲得的能源稱為不可再生能源。化石燃料和核能是一些不可再生能源的例子。

什麼是能量轉換？

能量是一個對生命非常重要的基本量。能量轉換是將一種形式的能量轉換成另一種形式能量的過程。所有形式的能量都與運動有關。根據能量守恆定律，一種形式的能量可以轉化為另一種形式，能量既不會被破壞也不會被創造。換句話說，如果系統是孤立的，則系統的總能量不會改變，保持不變。

能量的型別

能量非常重要，它以多種形式存在於自然界中。有不同種類的能量。它們是機械能、熱能、核能、化學能、電磁能、聲能、重力能、動能、勢能和電離能。通常，所有能量都屬於勢能或動能。

動能

如果物體從一個地方移動到另一個地方，那麼它就具有動能。它始終為正值。動能由下式給出：

$$\mathrm{K.E.=\frac{1}{2}mv^{2}}$$

勢能

這是物體由於其位置而具有的能量。例如：桌子上的書。勢能由下式給出：

$$\mathrm{P.E.=mgh}$$

電離能

這是將電子結合到原子或分子的原子核所需的能量。

機械能

儲存在其中的勢能轉化為機械能。它是動能和勢能的總和。

$$\mathrm{機械能=\frac{1}{2}mv^{2}+mgh}$$

熱能

這種能量是由於兩個系統之間的溫差造成的。這是由於系統中原子的運動。

核能

這是由物質的核反應產生的能量。核能的例子包括核聚變和核裂變。

化學能

這是由於原子或分子之間的化學反應而產生的能量。當原子之間的化學鍵被創造或破壞時，就會形成化學反應。

電磁能

這種能量是由光或電磁波產生的。X射線和伽馬射線是電磁能的一些例子。

聲能

這種能量是由聲波產生的。它透過空氣傳播。

重力能

重力是根據任何兩個物體的質量而產生的相互吸引力。與此重力相關的能量是重力能。

能量轉換的型別

我們的環境中存在許多型別的能量。一種形式的能量可以轉化為另一種形式。這些能量之間的轉換如下所示。

• 光能轉化為熱能

• 機械能、熱能和光能來自電能。

• 核能轉化為光能和熱能。

• 熱能轉化為熱能。

• 太陽能轉化為熱能、化學能和電能。

• 化學能轉化為電能。

• 機械能轉化為電能和勢能。

• 重力勢能轉化為動能。

能量轉換的例子

• 如果球掉下來，則儲存在球中的勢能將轉化為動能。

• 由於水的運動而產生的機械能轉化為電能。

• 駕駛汽車時，電池中儲存的化學能轉化為機械能。

• 在電池單元中，化學能轉化為電能。

• 來自太陽的熱能用於電池中儲存電能。

• 在爆炸過程中，核能轉化為熱能和光能。

能量轉換的演變

火的運用

在古代，第一次能量轉換是透過使用火進行的。他們透過燃燒乾植物和動物廢物來做飯和取暖。在使用火之後，能量轉換的發明花費了多年時間。

水輪

在早期，我們的祖先使用機器來磨製穀物。製陶也是這種轉換的一個例子。後來，由此發明了水磨。旋轉水輪的水產生機械能，機械能轉化為電能。

風車

風車也是能量轉換演變的一個例子。

工業水平的能量轉換

蒸汽機是第一個用來將熱能轉化為機械能的裝置。幾年後，它得到了進一步發展，技術也得到了改進。

結論

本文詳細討論了關於能量、能量型別和能量轉換的事實。還討論了能量轉換的型別以及能量轉換的例子。還討論了能量轉換的演變和工業水平的能量轉換。

常見問題

問1. 給出一些能量守恆的例子。

答：在炸藥爆炸中，儲存在其中的化學能轉化為動能、熱能和光能。透過將動能、熱能和光能相加計算出的總能量等於初始化學能。同樣，在揚聲器中，電能轉化為聲能。

問2. 能量守恆的後果是什麼？

答：第一個主要後果是系統的永動機不可能存在。也就是說，機器不可能在沒有任何干擾的情況下持續提供能量。並非所有系統都具有平移對稱性。因此，並非所有系統的能量守恆都是可能的。

問3. 給出一些日常生活中能量轉換的例子。

答：太陽的核能轉化為光能和熱能。在水力發電大壩中，水的動能轉化為電能。在高空彈跳跳躍中，重力勢能轉化為彈性勢能。

問4. 區分可再生能源和不可再生能源。

答

可再生能源	不可再生能源
可以重複使用	不可重複使用。
不會枯竭	持續使用會導致枯竭
數量無限	數量有限
低成本	高成本

問5. 為什麼需要替代能源？

答：化石燃料是不可再生能源，由於持續使用，其數量正在減少。這些資源需要數千年的時間才能再次形成。因此它們被耗盡了。為了將這些資源為未來儲存下來，最好選擇替代能源。