學習筆記：能量與能量來源
同學仔們大家好！大家有沒有想過，為甚麼你的電話能發光、汽車能開動，甚至你本人也有氣力跟朋友跑跑跳跳呢？這一切都與能量有關！在這份筆記中，我們將探討甚麼是能量、它有甚麼不同形式，以及我們從哪裏獲取能量。了解能量超重要，因為它為我們的整個世界提供動力，而學懂如何善用能量，有助保護我們的地球。事不宜遲，立即開始吧！
1. 甚麼是能量，它有甚麼不同形式？
你可以將能量想像成推動事物運作或完成工作的能力。我們看不到能量本身，但卻能看到它所產生的作用！就好像你看不見「好運」，但你能看見好運帶來的結果一樣。能量有許多不同的形式。
以下是你應該認識的主要能量類型：
• 化學能：這是儲存在食物、燃料（例如汽油）和電池等物質之中。當我們進食食物時，身體會利用當中的化學能來活動和成長。
例子：巧克力棒裏的能量，助你運動。
• 電能：這是移動電荷的能量。它為我們家中大部分電子產品供電。
例子：流經電線以點亮燈泡的能量。
• 動能：這是物體移動時所具有的能量。任何正在移動的物體都具有動能。
例子：正在行駛的巴士、滾動中的球，或你在操場上奔跑。
• 光能：這是我們能看見的能量。它以波的形式傳播。
例子：太陽光，或電筒發出的光。
• 勢能：這是儲存起來、等待被使用的能量。常見的類型是重力勢能，當物體處於高處時所擁有的。
例子：放在高架上的書本有潛在的掉落可能。拉長的橡皮筋具有勢能。
• 聲能：這是我們能聽到的能量。它由振動產生。
例子：鼓的聲音，或你的朋友跟你說話的聲音。
• 熱能（熱力）：這是高溫物體所具有的能量。物體越熱，它所含的熱能就越多。
例子：一杯熱朱古力或營火散發的熱力。
我們如何測量能量？
測量能量的標準單位是焦耳（J）。至於食物能量，我們常使用千卡（kcal）。
快速溫習！
- 能量令事物運作。
- 移動的物體具有動能。
- 儲存的能量是勢能。
- 食物和電池含有化學能。
重點總結
能量以多種形式存在於我們周圍，例如化學能、動能和熱能。它是宇宙中萬事萬物的「動力」！
2. 能量可以轉變！（能量轉換）
能量很奇妙，因為它能從一種形式轉變為另一種形式。這稱為能量轉換。把它想像成將你的錢從美元兌換成歐元——價值仍然存在，只是形式不同而已！
能量轉換的例子：
1. 燃燒木材：木材中儲存的化學能，轉化為熱能（熱力）和光能。
2. 發電廠：在典型發電廠中，煤炭中的化學能被燃燒以產生熱能。這會把水燒開，產生蒸汽。移動的蒸汽具有動能，驅動渦輪機轉動。渦輪機繼而帶動發電機，從而產生電能！
3. 光合作用：植物是能量轉換的專家！它們從太陽吸收光能，並將其轉化為化學能，儲存為食物。
能量學中最重要的定律
能量學中有一條非常重要的定律，稱為能量守恆定律。它指出：
「能量不能被創造或消滅，它只能從一種形式轉變為另一種形式。」
這表示宇宙中的總能量永遠保持不變。它只是四處移動並改變其外觀！
延伸課題：轉換的效果如何？（能量效率）
當我們轉換能量時，我們通常只想要一種特定類型（例如燈泡發出的光），但卻經常會得到其他我們不想要的類型（例如熱力）。效率告訴我們，有多少初始能量轉化為我們想要的「有用」能量。
• 舊式燈泡會變得非常熱。很多電能被浪費成熱能。它的效率不高。
• 現代LED燈泡則保持涼爽，但發出明亮的光。大部分電能都被轉化為有用的光能。它的效率很高！
我們可以用以下公式計算效率：
$$Efficiency = \frac{Useful\ energy\ output}{Total\ energy\ input} \times 100\%$$
重點總結
能量不會消失；它只會改變形式（這稱為能量轉換）。有些轉換在產生有用能量方面比其他更有效率。
3. 熱力如何傳播？（熱傳播）
熱能（或熱力）很特別，因為它總是試圖從較熱的地方傳播到較冷的地方。它能以三種方式傳播：
1. 傳導：這是熱力在固體中傳播的方式。想像一下，一排學生在不離開座位的情況下，把一本書傳遞下去。固體中的粒子會振動並撞擊鄰近的粒子，從而傳遞熱能。
例子：金屬匙羹放入一碗熱湯中會變熱。
2. 對流：這是熱力在液體和氣體中傳播的方式。流體中較熱的部分會上升，較冷的部分則會下降取而代之，形成一種稱為對流的循環流動。
例子：煲水時水沸騰的過程，或暖爐為房間供暖。
3. 輻射：這是熱力以波的形式穿過真空中傳播的方式。它不需要任何粒子來傳播。
例子：即使太陽遠在數百萬公里之外，我們仍能感受到它的熱力，又或是營火的溫暖。
重點總結
熱力會從熱的地方傳到冷的地方，方式包括傳導（在固體中）、對流（在液體／氣體中）或輻射（通過空間）。
4. 我們的能量從何而來？（能量來源）
我們需要能量來做所有事情，從照亮我們的家園到營運工廠。我們從能量來源獲取能量。這些可分為兩大類。
老字號：化石燃料（不可再生）
長期以來，我們大部分的能量都來自化石燃料。它們是煤、石油和天然氣。它們是由數百萬年前古代動植物的遺骸形成。
• 它們是不可再生的。這表示一旦我們用完它們，它們就會在很長很長一段時間內消失。想像一下吃披薩——一旦你吃光了，它就沒有了！你不可能在一秒鐘內再變出一個。
• 化石燃料的問題：
- 供應有限：它們終將會耗盡。
- 污染：燃燒它們會釋放有害氣體，引致空氣污染、酸雨，並加劇氣候變化。
延伸課題：新成員：替代能源
由於化石燃料存在問題，科學家們正在開發其他獲取能量的方式。其中許多是可再生的，意味著它們不會耗盡。想想太陽——它每天都升起！
以下是一些重要的替代能源：
• 太陽能：利用太陽能板直接從太陽獲取能量。
• 風力：利用風的動能驅動大型渦輪機，從而發電。
• 水力發電：利用流動水的能量（例如水壩）來轉動渦輪機。
• 生物質能：燃燒木材或特定農作物等有機物質來產生能量。
• 核能：這種能源利用原子裂變釋放的能量。它非常強大，不會產生導致氣候變化的污染物。然而，人們對核電廠的安全和放射性廢物的處理存在疑慮。
你知道嗎？
即使是可再生能源也有其挑戰。例如，有些人擔心大型風電場（許多風力渦輪機聚集在一起）會產生噪音，並影響當地的野生生物。
重點總結
我們大部分的能量來自不可再生的化石燃料，這些燃料會造成污染並將會耗盡。我們現在正為未來發展更潔淨、可再生的能源，例如太陽能和風力。
5. 善用能量（節約能源）
由於產生能量會對地球造成影響，我們能做的最好事情之一就是盡量減少使用能量！這稱為節約能源。
為甚麼我們要節約能源？
• 這能令我們的化石燃料用得更久。
• 這能減少污染，並有助對抗氣候變化。
• 這能節省電費！
你可以簡單地節約能源的方法：
• 離開房間時關燈。
• 不使用電子產品時拔掉插頭。
• 短途路程步行或騎單車，而不是乘坐汽車。
• 使用更節能的電器（留意能源標籤！）。
重點總結
節約能源至關重要。每個小小的行動都有助於保護我們的環境，並確保我們未來有足夠的能量。