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7-1-2  各種形式之能量
   力學能     電磁能     熱能      化學能     核能     輻射能

***物體能夠對外界作功,我們說這個物體有能量。***

一、 力學能 
能量,代表一個物體作功的能力,因其擁有的能量形式之不同,而有各種不同的能量。

1.    動能:物體因具有速度所擁有之能量。 
功和動能之間的轉換例子,在日常生活中處處可見。

   在足球賽中,當守門員躍起接住勁射而來的球時,通常身子會因受力而向後退少許。從能量的觀點來看,這是足球的動能轉換為對人所作的功

   在平坦的地面上,從用力推動物體一小段距離,物體會獲得速度,這是外力對物體所作的功,轉變為物體的動能。

   物從高處靜止往下掉落或將壓縮之彈簧釋放,我們都可看到物體獲得動能,這個動能是藉著作功將位能(或稱勢能)轉換出來的。

2.    位能:靜止的物體固然沒有動能,但是依其所處的狀態所在的位置,會有另一種形式的能量。

   2-1   重力位能,在地球的重力場中,我們把物體由低處提升至高處置放,需要施力以克服地球的引力,人力對物體所作的功,轉變為物體的位能(稱為重力位能)。
如果讓物體從置放的高處自由下落,則由於地球引力的作用,所儲存的位能被釋放出來,轉變成物體的下落動能

   2-2   彈性位能,彈性物體具有形變時,所擁有之能量
射箭時先把拉緊,把弓鬆開後,箭即飛射出去。
箭的動能從何而來呢?
     ?     變成動能。
功的彈性位能哪裡來的?
    ?      變成彈性位能。

力學能:動能與位能習慣上合稱為力學能(機械能)。

想想看
1.
飛行中的棒球可以打破玻璃,棒球擁有什麼能?
2.
拉長的橡皮筋打人會痛,拉長的橡皮筋擁有什麼能?
3.
高處的物體掉下來會砸死人,高處的物體擁有什麼能?

除力學能外,重要的能量形式尚有電磁能熱能化學能核能輻射能等習慣的分類。

力學能之轉換及守恆關係: 各種形式的能量均可以透過作功來加以轉換。

動能和位能合稱為力學能或稱機械能。動能和位能之間可以互相轉換。物體可以同時具有動能和位能。
溜滑板的表演者站在坡頂上時,他只有位能。
順坡下滑的過程中,他的位能逐漸減少,但速度加快,即動能增加;
到達坡底時,速度最快,動能最大,但位能也最小。
當他衝上另一斜坡,逆坡上滑時,速度減慢,但位能增加;
到達坡頂時,剛好停止,他的位能恢復為原值。

一般而言,如果物體在運動過程中,在沒有外力(例如摩擦力等,但重力或彈性力除外)作功的情況下,動能可百分之百經由作功變為位能,位能也可百分之百經由作功變為動能,物體的動能和位能的總和不變,這稱為「力學能守恆定律」。

以下四個日常生活常見的例子,都屬於力學能守恆:
1:將物體往空中拋。
2:物體由空中自由落下。
3:小朋友沿滑梯滑下。
4:單擺擺動。
以上例子均假設摩擦力、空氣阻力可忽略。

電磁能:是電能與磁能之合稱。

  ◎  帶電體在電場中受電力之作用,電力可作功將電的位能與動能互相轉換,我們日常就是使用這種轉換的電能來工作、照明、烹煮食物等。

  ◎  磁鐵吸引鐵釘、電磁起重機搬運重物、馬達的轉動或發電機之發電運轉等都是磁力作功將磁能轉換所造成。

  ◎  磁能與電能之使用經常是密不可分的,這兩種能量可經由作功來互相轉換,例如電磁爐、馬達、電磁鐵、發電機等都是電能與磁能之結合運用的實例。

熱能

  ◎  熱能最明顯的作用是使物體的溫度升高或產生物質三態的相變,所以我們從物體之溫度有升降或物質三態互相轉換的相變發生中,可測知熱能轉移的量。

  ◎  兩手互搓,手心會發熱,這是作用在兩手手心上的摩擦力作功,轉變成熱能。

  ◎  外太空的隕石飛入地球的大氣層時,和空氣摩擦,因而發熱發光,成為點綴夜空的流星。隕石的動能經由摩擦作用,轉變為熱能和光能。

  ◎  熱能的本質是動能,因為物質內部分子的擾動程度(動能)愈大,表現在外就是溫度的升高。

  ◎  與熱現象有關的熱膨脹、三態變化,在能量上屬於位能(勢能)的變化,因分子間的距離改變了。

化學能

  ◎  材、碳或汽油燃燒時可以放出熱能或光能,又如電池接在電路上可供應電能,這些能量原本以勢能的形式儲存於物質內部藉著化學變化作功把它們轉換出來,我們稱之為化學能。

  ◎  乾電池或蓄電池內部儲存的能量稱為化學能,當電池的兩極接通燈泡後,電池的內部產生化學變化,將化學能轉變為電能,電流流經燈絲電阻,使其發熱發光。

核能原子核分裂或熔合時都會釋放潛藏於內部的大量能量,這些釋放的能量大部份似熱能形式顯示出來,目前大部份被用來發電。這種原子核內部的能量稱之為核能,它也是勢能的一種。

輻射能

  ◎  地球上使用的能量絕大部份都是來自太陽,因為在太陽內部有不停的核熔合反應發生,這些核熔合產生的能量是以電磁波輻射的形式傳送到地球上來的。

  ◎  我們通常看到的太陽光與看不見的紅外線、紫外線等都是電磁波的一種,各種電磁波都有能量,我們稱之為輻射能。

  ◎  兩地之間只要有溫度差,熱即可自高溫傳到低溫,而它的三種傳遞方式之一就是輻射任何物體都可向周圍放出輻射能,太陽並不是唯一的輻射能放射者。

一般常將輻射能解釋成與核能反應有關的能量,這並不完全正確。輻射能,各種波長的電磁波所擁有(或釋放)的能量統稱輻射能,如紅外線、可見光、紫外線等。

不同波長的電磁波所引起的效應並不相同:

微波:波長與水分子大致相同,微波爐就是利用微波與水分子共振的原理加熱的。
產生微波是利用電,所以市面上傳言,微波會殘留在食物內,引起傷害,請思考之。
   微波爐加熱原理的討論     
請勿利用微波爐加熱一杯水

紅外線:溫度效應特強,在醫療上可用來熱敷,陽光下會覺得暖烘烘的,甚至有紅外線烤箱等,都是紅外線的熱效應。人體溫度、周遭物質在室溫時,均會自然輻射出紅外線,此所以紅外線望遠鏡、夜視鏡夜間可用的原因。生命偵測器的原理、偵探片中追蹤人在大樓內的活動情形,也都是利用人體所發出的紅外線具有熱效應的緣故。

紫外線:波長較短,可引起人體皮膚細胞的化學反應,所以曬太陽會變黑,嚴重會有病變發生。

X射線、γ射線:波長更短,能量更高,可深入人體內部,所以引起傷害更大。

想想看
紅外線照相機、紅外線望遠鏡、夜視鏡使用什麼光源?

火力發電也是一種典型的能量轉換的例子:儲存在石油或天然氣內部的化學能,經由燃燒(化學變化)轉換為熱能,把水加熱成水蒸汽,用以推動汽輪機,將熱能轉變為動能,再經由發電機轉變為電能