能源技学

能源技學器物觀、知識觀（一）程序觀、意志觀（二）能源技學－知識觀•亞里斯多德提出四元素說，所有元素的內涵是由冷、溫、濕、乾等四種性質中的任二者互相作用而表現出來。因為他們是簡單、無定形的物質變化，所以這些元素能轉換成另一種元素。古希臘哲學家亞里斯多德(384BC~322BC)壹、能源涵義•「能源」兩字是從「energy」翻譯而來，意指「動力的來源」或「工作的本領」。(施顏詳等，民74)•「energy」一字包含四個涵義：•一、能量(quality)•二、能質(exergy)•三、來源(source)•四、能力(ability)一、能量(quality)•指能的大小。•例如多少公升的油，多少度的電，多少公斤的煤，多少立方公尺的天然氣，多少卡的熱等。二、能質(exergy)•指能的品質。•例如熱能轉換為電的效率只有三分之一左右，而由電能轉換為熱能，其效率幾達百分之百。三、來源(source)•指能的來源。•例如燃燒石油、煤炭或其他燃料而產生蒸汽帶動機器；石油、煤炭等就是能的來源。四、能力(ability)•指能的本領。•例如１克的水要上升攝氏一度，需要吸收一卡的熱能。貳、能源的種類•以性質區分－再生能源－太陽能、水力能、風能、生質能、海洋能、地熱能非再生能源－石油、天然氣、煤、化學能、核能•以等級區分－初級能源次級能源最終消費能源發電廠鍋爐電力蒸汽煤核燃料水力原油天然氣燃料油能源之等級分類(施顏祥等，民74)參、能的種類•一、位能•二、動能•三、電能•四、化學能•五、熱能•六、光能•七、核能一、位能(potentialenergy)•絞緊的橡皮筋、壓緊的彈簧及水庫裏的水等都具有位能，可在適當時機裏表現出來。•理論公式：•m為質量，ｇ為重力加速度、ｚ為高度或長度mgzE二、動能(kineticenergy)•絞緊的橡皮筋鬆開後可作功，這時它所表現出來的是動能。彈簧把物體射出去，水庫裏的水沖下來轉動水輪機發電等，都是動能的效果。•理論公式：•Ｕ為速度221mUE三、電能（electricalenergy)•各種家電用電器品，工業用電動機，以及電動火車、電動車等，都需要電能才會作功。•理論公式：•Ｖ為電壓，Ｉ為電流，t為時間tVIE‧四、化學能（chemicalenergy)•物質各原子之間以化學鍵結合，假如原子間原來結合在一起的化學鍵被重組，蘊藏在化學鍵的能就被釋放出來。•例如：五、熱能（thermalenergy)•在壁爐燃燒木柴，屋子就變得暖和，這是因為木柴燃燒時放出熱能的緣故。工業用鍋爐燃燒燃料油或煤炭也能以生產蒸汽。•例如：為燃燒熱值HmolegcalHOHCOOCH/191760222224六、光能（lightenergy)•綠色植物行光合作用，必須有陽光的照射，因此陽光也有工作的能力。現在發展中的太陽電池就是利用類似植物光合作用的原理使太陽光轉換產生電能。些乃光電作用，這種作用的能力即是光能。•理論公式：•h為浦朗克常數，ｆ為頻率。hfE七、核能（nuclearenergy)•原子核裏有一股極為強大的作用力，能使質子和中子結合在一起。這股力量遠大於化學鍵能。我們平常所看到的化學變化，都祇是化合鍵的組合。但在特殊情況下，原子核發生變化，將能量釋放出來。•理論公式：•△m為質量虧損，C為光速。2)(CmE連鎖反應•一公克的鈾235核分裂時所釋放的能量，約等於1500公升汽油燃燒所產生的能量。•在鈾235發生核分裂時，除了核分裂產物外，還有中子產生。這些中子又可以撞擊其他的鈾235原子核，進行一連串的連鎖反應，維特核分裂的不斷進行。肆、能源互換網路動能位能化學能熱能電能磁能太陽能風力水力生質能海洋能核能地熱能光能伍、待開發的能源技術•核融合：當氫、氘、氚等較輕的原子核融合成為重原子核時，產生龐大能量的一種現象。利用強力的雷射光，從周圍照射做為燃料的小粒，以引起核融合反應。能源技學－器物觀圖片取自天工開物(宋應星，明朝)壹、非再生能源•一、鍋爐、蒸汽機、火力發電……煤炭•二、煉油廠、內燃機……石油•三、核能反應爐、核能電廠……核能•四、電池……化學能貳、再生能源•一、太陽能發電……光能•二、地熱發電廠……地熱能•三、風車、風力發電廠……風力能•四、海洋能發電壹、非再生能源一、鍋爐、蒸汽機、火力發電－煤炭－鍋爐•鍋爐(boiler)為工業界最常見的間接加熱系統，以產生蒸汽，供加熱或發電用。蒸汽機的發明•一七一二年紐考門利用活塞套在汽筒上，將熱的蒸汽引到汽筒裡推上活塞，然後再用冷水來冷卻汽筒使蒸汽變成水，汽筒裡面就成真空狀態，活塞就會被外面的大氣力量壓了下去。•瓦特在汽筒以外另外加作一個容器，用管子把汽筒連接起來，把蒸汽引進這個容器，在容器把蒸汽冷卻成水。•一七八二年，瓦特發明回轉式和複動機把直線往複運動轉換成迴轉運動。•一七八八年，瓦特發明遠心調速的自動速度調節裝置。火力發電廠•火力發電最常採用汽渦輪。利用過熱蒸汽推動渦輪機，帶動發電機發電。•為提高效率，則加裝多重熱交換設備再熱器及再生器。電力輸配•電力系統：典型的電力輸配系統區分為發電廠、輸電線、變電所及用戶。二、採礦、煉油廠、內燃機－石油－採礦•１.石油探勘•２.深海石油鑽採煉油廠•1794年Street先生裝成之內燃機。•以手操作空氣泵，將空氣打入引擎氣缸內，使活塞上升少許，再將液體燃料加入氣缸，燃料在氣缸內汽化並與空氣混合。氣缸下面有火爐，其火焰可將混合氣點燃。燃燒使得氣缸內之壓力上升，將活塞往上推。經由聯結之槓桿而驅動水泵做功。內燃機、引擎三、核能反應爐、核能電廠－核能－早期的核能反應爐•最早的核反應器建於芝加哥大學，是由石墨所堆積而成的簡單裝置，由費米等人於一九四二年設計。•但這座核反應器是為了製造出鈽239同位素，鈽239比鈾235更容易產生核分裂，原子彈製造計畫便是使用鈽239。現代的核能反應爐•將核分裂能量轉變為熱以製造水蒸汽。•核分裂時所產生的能量，會將鈾加熱至攝氏一千度以上，在輕水反應器中的鈾棒周圍的水，溫度也升至攝氏三百度左右，產生的水蒸汽，可推動渦輪發電機而產生電力。台灣的核能電廠核一廠核二廠核三廠四、電池－化學能－蓄電池及燃料電池氫氧燃料電池（燃料電池）鉛蓄電池（蓄電池）核能電池、太陽能電池鈽電池（核能電池）太陽能電池貳、再生能源一、太陽能發電－光能－太陽能發電廠•如果我們能將照射在地球表面上的陽光全部收集起來，則收集40分鐘所得的太陽能，可以相當於全世界1年間所消耗的能源。結論•能是做功的能力，動力的來源；能源是經濟活動、工業發展的基本要素，也是地球上資源開發使用的基礎。透過能源技學知識傳承，人類在文明發展和資源利用上才能得到平衡。感謝各位的聆聽！報告結束