能量轉(zhuǎn)換的趣味科學(xué)

趣味科學(xué)──能量轉(zhuǎn)換植物可以透過光合作用，製造自身需要的養(yǎng)分或能量，人類生存則完全依賴外界供應(yīng)能量。例如，我們必須把食物的化學(xué)能，轉(zhuǎn)換成身體需要的熱能以維持生命。古代形成的化石能源（石油、煤、天然氣等），我們也要挖掘它、燃燒它，釋放它的化學(xué)能，以產(chǎn)生熱能與動能，來轉(zhuǎn)動發(fā)電機(jī)，才讓大家每天有電可用。利用化石能源發(fā)電，我們統(tǒng)稱為火力發(fā)電，約佔(zhàn)我國發(fā)電量的75％，因?yàn)樗腥紵^程，因此產(chǎn)生許多「熱耗損」，火力發(fā)電的能量轉(zhuǎn)換效率一直停留在30％左右，且?guī)砭薮蟮娜驕厥覛怏w污染。自從工業(yè)革命以來，人類使用化石能源，製造大量的二氧化碳。在工業(yè)革命前一千年，大氣二氧化碳含量一直維持在280ppm左右（百萬分之一稱為1ppm）。工業(yè)革命之後，二氧化碳含量迅速增加，1950年代之後，增加速率更快，到1995年濃度已達(dá)358ppm，2009年更飆升至388ppm。許多科學(xué)文獻(xiàn)顯示：全球暖化、極端氣候等氣候變遷現(xiàn)象，與二氧化碳的增加，呈現(xiàn)顯著的「正相關(guān)」。六種主要溫室氣體裡，二氧化碳佔(zhàn)最大宗，它要為60％的「地球溫室效應(yīng)」負(fù)責(zé)。我國2013年每人每年的排碳量在11公噸以上，高居亞洲第一名，招來不少國際指責(zé)。因此，2008年政府訂定「能源國家型科技計(jì)畫」，規(guī)定我國排碳量將於2025年降低至2000年的水準(zhǔn)(9.69公噸/人)；2050年則降低至2000年水準(zhǔn)的50％(4.845公噸/人)，以展現(xiàn)善盡地球成員的責(zé)任，符應(yīng)國際社會對我們的期望。為達(dá)成上述減碳目標(biāo)，我國勢必逐漸發(fā)展較貴的「無碳能源」，例如風(fēng)力、水力、人造地?zé)?、生質(zhì)能、太陽能、海洋能、綠建築等。2012年我國已推出「陽光屋頂百萬座」及「千架海陸風(fēng)力機(jī)」計(jì)畫，預(yù)計(jì)2030年完成。2013年對於「陽光屋頂百萬座」太陽光能發(fā)電，每度電收購價(jià)格高達(dá)8.4元，未來電價(jià)水漲船高，已成為必然趨勢，大家要加強(qiáng)節(jié)能知識與行動，以減少荷包大量失血。我國目前發(fā)電成本每度電約2.8元，售電價(jià)格約2.6元，其虧損由全體納稅人吸收。但此並非長久之計(jì)，預(yù)估我國電價(jià)可能於數(shù)年內(nèi)逐漸調(diào)整接近5元，隨著各種能源價(jià)格高漲，十年後可能逐漸向10元大關(guān)接近。2013年德國家庭用電已接近12元！談了許多能量與能源的現(xiàn)況，讓我們輕鬆一下，來玩玩能量轉(zhuǎn)換的趣味科學(xué)遊戲吧！鉛筆靜電馬達(dá)──電能轉(zhuǎn)換動能我們常聽過交流電馬達(dá)或直流電馬達(dá)，靜電馬達(dá)則鮮少運(yùn)用在日常生活。馬達(dá)的主要功能是把電能變動能；發(fā)電機(jī)反之，是把動能變電能。（1）材料：取保特瓶1、三角形鉛筆1（三角形不易滾動、利百代公司有生產(chǎn)）、吸管1、廚房常用的擦手紙巾1（2）操作：將三角形鉛筆置於保特瓶蓋子上，以擦手紙巾摩擦吸管十餘下，此時(shí)吸管已帶有負(fù)電，三角形鉛筆則是帶正電（或感應(yīng)產(chǎn)生正電），因此吸管便可吸引鉛筆，而產(chǎn)生快速旋轉(zhuǎn)了?。ㄔ]：吸管勿與鉛筆接觸）（本遊戲原創(chuàng)者：林麗華老師）手溫的神奇功能──熱能轉(zhuǎn)換動能（1）材料：取保特瓶1、少量的水（2）操作：將保特瓶蓋子頂部平面塗上水，保特瓶口也塗上水（增加密合度），把蓋子頂部平面放在保特瓶口，以手輕輕握住保特瓶，這時(shí)手部熱能會加熱瓶內(nèi)空氣，使空氣膨脹並產(chǎn)生動能，頻頻衝出瓶口，使保特瓶蓋子不斷跳動（如蓋子跳歪了，請扶正它，以免漏氣），一直等到蓋子不跳動了，手離開保特瓶，靜置約1分鐘（等待瓶內(nèi)空氣冷縮），手輕鬆拿著蓋子，即可黏起保特瓶了（因瓶內(nèi)氣壓稍低於瓶外氣壓）。（本遊戲原創(chuàng)者：林麗華老師、演示者李通全老師）──動能轉(zhuǎn)換聲能冰棒棍或壓舌板2至3片（文具行皆可購得，價(jià)格廉宜）操作：在冰棒棍或壓舌板一端穿洞，綁妥細(xì)繩，以透明膠帶固定冰棒棍或壓舌板，使其成為一體。首先，把再施以水平或垂直的圓周運(yùn)動，會發(fā)出不同的音頻與響度，且規(guī)律性產(chǎn)生「上飄」與「下沉」變化。其原理涉及彈