課程名稱:常用的能源 課程名稱:常用的能源

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(1)

課程名稱:常用的能源 課程名稱:常用的能源

編授教師:

中興國中 楊秉鈞

(2)

 自然資源:

( 1 )自然資源:在自然界中,人類所能利用的物質與能量 ( 2 )再生能源與非再生能源:依能源是否能循環再使用區分  能源: ,可源自 與 。  再生能源:取之於自然,生生不息。

 、 、 、 、 、 。

 非再生能源:存量有限,日漸枯竭,難以再生。

 、 、 、 。 能量的來源

自然資源

太陽能 風力 水力

煤 石油 天然氣 鈾礦

不虞匱乏 日漸枯竭

地熱 生質能 海洋能 物質 能量

(3)

初級能源與次級能源

( 3 )初級能源與次級能源:依能源轉換程度區分  初級能源:天然形成,不需轉化就能使用  次級能源:將初級能源轉化而成

 如:電能、 汽油、液化石油氣 。

(能量的來源)

(4)

 非再生能源

石油和天然氣

煤:會燃燒的石頭

(5)

 非再生能源:

( 1 )非再生能源: (煤、石油、天然氣)和鈾礦 ( 2 )煤:

 成因:

古代石炭紀( 2 ~ 3 億年前) 遺骸埋在地下沉積物  經由長時間 、 形成的

 成份:主成分 及 其他元素。

 含碳量愈高,燃燒釋放熱量愈多  主要用於火力發電

 比較:煤是古代植物轉變而成;木炭是木材經而 形成的

非再生能源 煤

植物

高溫 高壓

C H O N S

化石燃料

乾餾

(6)

 非再生能源:

( 3 )石油與天然氣:

 成因:古代 和 遺骸埋在地下沉積物  經由長時間 、 形成的

 石油成分:主成分 ;及 其他元 素。

 天然氣成分 :主成分 可燃性氣體  俗稱 。

非再生能源 石油和天然氣

植物

高溫 高壓

C H 化合物 N O

甲烷 CH4 S 天然瓦斯 浮游生物

(7)

A

B

C

D

E F A

B C D E F

殘餘產物、瀝青

煉油氣、液化石油氣燃料 石油醚、輕油、汽油

煤油、航空汽油 柴油

石蠟、潤滑油 原油蒸發物

G G

火爐 原油

 石油的分餾:

( 1 )分餾原理:成分物質 不同而分離  分餾為 變化

 採 溫度收集,收集物為 物 ( 2 )分餾塔收集物之沸點高低:(碳數多寡)

石油的分餾

沸點 物理

區段 混合

G F

E D

C B

A      

(媒體; 1, 6’58” ;

2

沸點:

30 ~ 200℃ 沸點: 250 ~

400℃ 沸點愈高

碳數愈多 沸點愈低 碳數愈少

(8)

 石油的分餾:

( 3 )比較:

石油的分餾 比較

分餾 蒸餾 乾餾

反應變化 熱量變化

原理 成份物質

沸點差異 成份物質

沸點差異

有機化合物 的裂解

應用 混合物分離法 混合物分離法

實例 石油分餾 海水淡化 木炭製作

說明 收集物為混合物 收集物為純物質

物理變化 物理變化 化學變化

吸熱 吸熱 吸熱

(媒體:

1

, 5’3” )

(9)

汽油的爆震現象 Knocking

 爆震現象:

( 1 )意義:汽油在汽缸中燃燒不均勻,會出現 現象,會使 動

力效率降低並傷害引擎。

( 2 )辛烷值( ON 值):用來表示汽油抗爆程度的比較標準

 數值: 0 ~ 100 (異辛烷定為 100 ;正庚烷定為 0 )

 辛烷值愈高的油品,表示抗爆震性 。

 辛烷值愈高的油品,燃燒時對引擎的傷害 。  95 無鉛汽油之抗震爆強度相當於標準油中:

含有的 % 異辛烷及 %的正庚烷之抗震爆強 度

( 3 )抗震劑:

 若含鉛:添加四乙基鉛,能提高辛烷值,但造成空氣污染  若無鉛:稱為無鉛汽油,須與引擎配合不得隨意添加

 現行油品的抗震程度:

爆震

愈好

 抗震程度:

92 無鉛 < 95 無鉛 < 98 無鉛

愈小

四乙基鉛

)

( C

2

H

5 4

Pb

95 5

(媒體;

1

, 28” )

(10)

 核能與核能發電

非再生能源

(11)

 非再生能源-核能:

( 1 )原子核 :不穩定的原子核放出放射線,直到變成穩定的元 素

 放射線的三個種類與性質:拉塞福發現

非再生能源 核能

射線) 或

原子核衰變後 (原子核衰變前

放射線

( )

( )

 B A

衰變

種類 α 射線 β 射線 γ 射線

本質 氦原子核

電性 帶正電 帶負電 不帶電

穿透力 最弱 中 最強

2 4

2

He

高速電子束

光速電磁波 無質量

個中子 個質子與

含 2 2

2 4

2

He

alpha

    beta gamma

(12)

 非再生能源-核能:

( 1 )原子核衰變:

 αβγ 放射線的穿透力比較示意圖:強度 。  α 射線以一張紙可阻擋、 β 射線 3mm 鋁片可阻擋  γ 射線以 100cm 鋼筋混凝土或 20cm 鉛板可阻擋

 衰變使原子核質量減少(不符合質量守恆),產生新的元素,

並產生巨大的能量

非再生能源 核能

  

紙 鋁 鋼筋混凝土

  

(13)

 非再生能源-核能:

( 2 )質能互換:

 提出者:愛因斯坦

 內容:物質與能量能夠互相轉換,稱為「 」。

 核反應所減少的質量可以轉變成能量  質能互換公式:

質能互換

質能互換

Albert Einstein愛因斯坦 1879 -

1955



 B A

 

 

光速的平方 減少的質量

能量

2 2 16 8

2

3 10 9 10

C m

m m

E

m m

mC E

B

A

J

符號 E m C

單位 焦耳 J 公斤 Kg 光速 m/s

(14)

 核能發電:

( 1 )核反應:

 核衰變:有些同位素的原子核,會放出放射線,直至穩定

 說明例,原子核釋出一個 α 粒子時:(

其原子序變化? ;質量數變化? 。  α 或 β 衰變發生時,都會放出 射線

核能發電

Y He

X A Z

A Z

4 2 4

2



減少 2 減少 4

α

4 2 234

90 238

92

UTh

4 2 237

93 241

95

AmNp

4

He

2

衰變

質量數守恆 原子序守恆

(15)

 核能發電:

( 1 )核反應:

 核分裂:大原子核分裂成小原子核,如: 。  核融合:二個小原子核融合成大原子核,如: 。

核能發電

核能發電廠 太陽

中子

原子核 核分裂

核融合 極高溫下發生

(媒體:

1

, 39” )

(16)

中子 中子

中子 235

-

 核能發電:

( 2 )核能發電:

 核反應燃料: 3 ~ 5 ﹪ 的 。(

 核能:在核反應器中,利用 方式產生熱能,使水 變成水蒸氣,以推動汽輪機,帶動發電機而發電  慢中子撞擊鈾- 235 使原子核發生連鎖反應

核能發電

核分裂 濃縮鈾-235

 235 U

n Ba

Kr U

n

23592 3692 14156 01

1

0

    3

(媒體:

1

, 50” ;

2

, 1’11” ;

3

, 1’20” )

236 1

3 141 92

235

1       0  92  36  56  3  0  92

增加分裂機會

( 鈾礦,含 U - 235 含量 0.7 % )

n

neutron

(17)

 核能發電:

( 2 )核能發電:

 發電基本原理:

 反應爐外圍有 2 公尺厚的鋼筋混凝土圍阻體,防止輻射線外漏。

 核廢料仍有放射性,需要妥善處理

 台灣目前有 座運轉中的核能電廠

核能發電

控制棒

核燃料

反應爐壓縮槽 冷卻水泵

發電機

(海水)冷卻水

含鎘、硼材質,

可吸收過多中子

U - 235 燃

料棒

(媒體:

1

, 5’5” ;

2

, 1’42” ; 3, 8’54” ;

4

, 56” )

(18)

2. ( )下列有關核能發電的敘述,何者錯誤?( A )核燃料可產生比同 質量的煤或石油更多的能量 ( B )核電廠的反應爐須使用能阻擋 放射線的圍阻體來遮蔽 ( C )核燃料中具放射性的原子經核反 應後,變成不具放射性的原子( D )為了抽取大量水以冷卻發 電

機組,核電廠常建立於海邊或河邊。

範例解說

1. 如圖所示, α 、 β 、 γ 放射線分別沿著如圖的軌跡,射入兩磁極中間,

則三射線 所受磁力的方向為何?

射線 α β γ

偏向 向上 向下 不偏

α 、 β 、 γ

 右手開掌定則

I

B

F

α 、 β 、 γ

I

B

F

不帶電 負電

正電 ;  ; 

C

(19)

範例解說

3. 1 公克的物質若完全轉換成能量,相當於 焦耳。

8

2 13

J

3

2

 10  3  10  9  10

mC

E

1013

9

1 公克的鈾- 235 完全分裂後所產生的能量:

和燃燒 2000 公斤的石油,

或 3000 公噸的煤炭的能量,

或是看 23 萬小時電視( 100 瓦特)的電能是相同的。

4. a 公克的 A 原子若發生衰變時,衰變成 b 公克的 B 原子及放出 c 公克 的放

射線。則轉換的能量為 焦耳。

A  B  放射線

 

13

J

8 2 3

2

10 9

) (

10 3

10 )

(

c b

a

c b

a mC

E

1013

9 )

(abc  

(20)

範例解說

A

238

X

92

5. ( )有一不穩定的放射性元素 原子核在衰變過程中,只放出 α

射線( α = )。下列何者為 原子核衰變後之 Z 原 子核

?( 之左上角數字為該 X 原子核中質子數與中子數之 和,

左下角數字為該原子核中的質子數)

( A )   ( B ) ( C )   ( D ) 。

238

X

92 4

He

2 23892

X

234

Z

90 23488

Z

23690

Z

23688

Z

原子核釋出一個 α 粒子時:( )

其原子序變化? ;質量數變化?

減少 2 減少 4

4

He

2

Z He

X

24 23892 24

238 92



234

Z

90

 衰變

(21)

 發電的形式

明潭抽蓄發電廠 所謂「抽蓄發電」:

係利用上、下兩座不同高度的貯水池 ( 上池、下池 ) 之間的位能,使上池 的水流流至下池的電廠而發電,以供 應白天用電尖峰時刻的需求,等到夜 間離峰時刻,再利用由核能及火力發 電的剩餘電力將下池的水抽回上池,

以便白天再發電。。

(22)

發電的形式

 發電的形式

( 1 )能量轉換的過程:

 核能發電: 能  能 能  能。

 火力發電: 能  能  能  能。 化學 核 動

動 電

燃燒化石燃料  易造成酸雨( pH < 5 )

及煤灰的汙染 熱

(23)

發電的形式

 發電的形式:

( 1 )能量轉換的過程:

 水力發電供電: 能  能  能 位 動 電

(不經熱能)

(24)

燃料仰賴進口

發電的形式

 發電的形式:

( 2 )台灣日常生活用電的來源:

 用電來源比例: 發電> 發電> 發電。

 統計圖表:

火力 核能 水力

(25)

 再生能源

─ 冷水

── 熱水

↘↘

↘↘

太陽能板

陽光

(26)

 再生能源:

( 1 )再生能源的種類:

 太陽能  風力  水力  地熱 生質能  海洋能 ( 2 )再生能源示意圖:

再生能源的種類與示意圖

(27)

生質能與海洋能

 生質能:

( 1 )意義:將 ,經化學反應後所產生的能量。

( 2 )來源:

 直接燃燒牲畜糞便、農作物殘渣、垃圾等

 由能源作物(如大豆、向日葵),提煉生質柴油

 種植甘蔗或玉米,可製成 ,可作為汽車燃料。

 海洋能:

( 1 )意義:利用海水的漲、退潮的 ,轉換為電能 ( 2 )應用:潮汐、溫差、海浪、海流來發電:如潮汐發電。

酒精 有機物

重力位能

儲 漲潮 水池

儲水 池

退潮

水流方向 水流方向

(28)

各種能源的比較

 各種能源的比較:

核能 風力 水力 生質能

優 點

 成本低

 燃料體積小

 運送容易

 排放廢氣少

 無污染  無污染

 單位成本低

 防洪灌溉

 較環保

 來源豐富

 技術簡單

缺 點

 熱污染高

 廢料難處理

 核災變嚴重

 建廠成本高

 土地需求大

 輸電成本高

 供電不穩

(風速限制)

 妨礙鳥飛行

 築壩成本高

 地理限制

 妨礙生態

 仍空氣汙染

 需土地種植

(媒體;

1

, 24’ )

(29)

課程結束

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