Transcript 能量和能源的使用不同的能源

能量和能源的使用
第4章
不同的能源
每章扉頁
4
4.1
各種另類能源
4.2
能源、社會與環境
4.3
香港能源最終用途數據
不同的能源
能量和能源的使用
每章扉頁
可再生能源在香港的應用
• 你曾見過以可再生能源發電的設施嗎？
南丫島上的風力發電站
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不同的能源
裝置在機電工程署總部大樓的太陽能板
能量和能源的使用
• 雖然可再生能源設施在香港並不普遍，可是它們所象徵的，正
是香港特區政府和商業機構對未來各種可再生能源可能性的憧
憬。
明愛陳震夏郊野學園的太陽能風能組合
街燈
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不同的能源
裝置在某消防局的太陽能熱水裝置
能量和能源的使用
4.1
各種另類能源
• 可再生能源來自天然的過程，並可在相對較短的時間內再生。
光伏電池
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不同的能源
風力發電機
能量和能源的使用
4
水力發電站
地熱發電站
潮汐發電站
生物能源製造工廠
不同的能源
能量和能源的使用
• 不可再生能源不能在較短的時間內再生。
汽油（從石油提煉的產品）
煤
鈾燃料
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不同的能源
能量和能源的使用
太陽能
• 太陽能泛指我們從太陽直接獲
得的能源。
• 太陽常數是地球大氣層每單位
面積接收到的太陽輻射功率
(≈1360 W m–2)。
例題 4.1
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不同的能源
能量和能源的使用
太陽能加熱
• 太陽能可用來煮食或把水加熱。
太陽能熱水裝置
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不同的能源
太陽能集熱器
能量和能源的使用
太陽能發電
• 一般來說，太陽能發電是指使用太陽能電池，或稱光伏電池來
發電。
太陽能電池及其結構
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不同的能源
能量和能源的使用
在 p-n 接面，電場從 n 型半
導體指向 p 型半導體。
當光照射着接面時，電子離
開原子並移向 n 型半導體。
損失了一個電子後，原子變
成一個帶正電的電洞。
由於電場的緣故，電子因此
從相鄰的原子填補電洞，就
好像電洞向着 p 型半導體移
動一樣。
在 p-n 接面形成電子電洞對
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不同的能源
能量和能源的使用
當陽光入射在太陽能電池上時，便有電流產生。
太陽能電池的運作原理
小測試 (p.109) O
例題 4.2
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不同的能源
能量和能源的使用
風力
• 當空氣從較高壓強的區域流至較低壓強
的區域時，便會形成風。
• 現代的風力渦輪機把風的動能轉換為葉
片的旋轉運動，繼而驅動位於葉片後的
齒輪箱。
• 如是者，風的動能會轉換為電能。
風力渦輪機的結構
風力渦輪機
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不同的能源
能量和能源的使用
• 風力發電的最高功率為
其中 ρ 和 v 分別為空氣的密度
和速度，而 A 為風力渦輪機葉
片掃掠面積。
小測試 (p.113) O
例題 4.3
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在時間 t 內，通過風力渦輪機的空氣
體積為 Avt。
不同的能源
能量和能源的使用
水力發電
• 在各種可再生能源中，水力發電
的供電量是目前全球最大的。
• 水力發電利用水的重力勢能轉化
為電能。
水從瀑布頂部傾瀉而下時獲得動能。
水力發電
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不同的能源
能量和能源的使用
水力發電站
水力發電站的結構簡圖
小測試 (p.115) O
例題 4.4
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不同的能源
能量和能源的使用
核能
• 核子之間有一個很強的吸力把它
們結合在一起。
• 這力與龐大的能量相關，我們稱
這能量為原子核的結合能 Eb。
• 把原子核結合能 Eb 除以質量數
A，便可得出每個核子的平均結
合能。
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不同的能源
原子由電子雲圍繞着原子核組成，
而原子的質量集中在原子核。
能量和能源的使用
結合能曲線
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不同的能源
能量和能源的使用
• 在核裂變中，原子核分裂成為兩個或以上較小的原子核。
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不同的能源
能量和能源的使用
• 在核聚變中，兩個或以上的原子核聚合成為較大的原子核。
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不同的能源
能量和能源的使用
• 我們可以從計算核反應中的質量虧損求得所釋放的能量。
例題 4.5
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例題 4.6
不同的能源
能量和能源的使用
鈾-235 的連鎖反應
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不同的能源
能量和能源的使用
• 燃料棒含有 3% 的鈾-235 作為
燃料，用來進行核裂變的連鎖
反應。
• 控制棒用來吸收過剩的中子，
以減慢核反應。
• 減速劑用來減慢快中子，並從
燃料棒吸收熱。
• 冷卻劑用來冷卻通過渦輪機的
蒸汽或水。
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不同的能源
核電站內核反應堆的結構圖
能量和能源的使用
核電站示意圖
小測試 (p.122) O
核電站
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不同的能源
能量和能源的使用
4.2
能源、社會與環境
關於能源的關鍵議題
• 能源的使用對現代社會的發展十分重要。
工廠耗用大量的電能。
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不同的能源
現代運輸工具把人和物迅速地帶到地球上
不同角落。
能量和能源的使用
• 由於化石燃料有限，不得不開發一些另類能源取代化石燃料。
我們對於石油等化石燃料的需求殷切。
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不同的能源
能量和能源的使用
• 核能發電的燃料供應充足，過程中幾乎不會釋放廢氣或廢水，
且發電成本與利用化石燃料發電相若。
核電站
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不同的能源
能量和能源的使用
• 可是，核廢料與核安全仍是棘
手的問題。
放射性核廢料必須小心處理。
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不同的能源
切爾諾貝爾核災
能量和能源的使用
• 雖然可再生能源大部分都是很清潔和可持續的，但卻較昂貴。
利用不同能源發電的成本（2007 年）
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不同的能源
能量和能源的使用
• 我們必須同時考慮各種能源對環境所造成的潛在風險，以及處
理這些問題所要付出的代價。
水力發電
興建水力發電站影響
河流生態。
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不同的能源
風力
興建風力發電場須選
擇一處面積大且長期
吹強風的地方。
光伏系統
以太陽能電池發電的
效益低和不符合成本
效益。
能量和能源的使用
使用能源帶來的污染問題
• 燃燒化石燃料帶來污染問題。
• 某些發電站和交通工具排出污染物如二氧化碳、二氧化硫、氧
化氮和微粒。
空氣污染引致光化毒霧。
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不同的能源
發電廠排放大量的污染物。
能量和能源的使用
• 科學家發現，自十九世紀以來，地球平均氣温有上升的趨勢。
這現象稱為全球暖化。
平均氣温在過去 120 年一直上升。
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不同的能源
能量和能源的使用
• 因燃燒燃料釋放至大氣層的二氧化碳量不斷大幅上升，普遍認
為與全球暖化有密切的關係。
二氧化碳濃度在過去 200 年間一直上升。
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不同的能源
小測試 (p.130) O
能量和能源的使用
4.3
•
香港能源最終用途數據
「香港能源最終用途數據」刊
載了有關香港能源使用方面的
統計數據。
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不同的能源
能量和能源的使用
• 就商業能源最終用途來說，空氣調節和照明所耗的能源最多。
2007 年商業能源最終用途
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不同的能源
能量和能源的使用
• 就住宅能源最終用途來說，空氣調節、煮食和照明所耗的能源
最多。
2007 年住宅能源最終用途
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不同的能源
能量和能源的使用
1997 至2007 年不同類別的能源用途
小測試 (p.132) O
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不同的能源
能量和能源的使用
第 4 章完
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不同的能源