第五課 大綱
5-1 能量的形式
5-2 微觀尺度下的能量
5-3 能量間的轉換與能量守恆
5-4 質能互換與核能
功
- 對物體施粒所造成沿力之平行方向有位移 $W= \overrightarrow{F} \cdot \overrightarrow{S}$
- 若非平行 $W= \overrightarrow{F} \cdot \overrightarrow{S} \cdot \cos{\theta}$
- $\theta = 0°, W= \overrightarrow{F} \cdot \overrightarrow{S}$
- $\theta = 90°, W= 0$
- $\theta = 180°, W= -\overrightarrow{F} \cdot \overrightarrow{S}$
- $\theta = 37°, W= \frac{4}{5} \overrightarrow{F} \cdot \overrightarrow{S}$
- $\theta = 30°, W= \frac{\sqrt{3}}{2} \overrightarrow{F} \cdot \overrightarrow{S}$
- 當物體向下掉落，重力作正功;向上掉落，重力作負功 (位能有變化) 當物體水平移動，重力作零功 (位能無變化)
力學能
- 力學能 = 動能 + 位能
動能
$E(k)=\frac{1}{2}mv^2$
位能
- 與相對位置、形變有關之能量，分為重力位能、彈性位能、電位能
- 重力位能：$U=mgh$，可正可負，需先有基準點，只在地表附近適用
力學能守恆定律
- 當只有保守力(位能)在做功時，力學能會守恆
其他形式的能量
功與熱的轉換
- 熱功當量
- $4.18J = 1cal \approx 4.2J$
化學能
- 需要經由化學反應釋放出來的能量
能量守恆定律
- 一個封閉系統中，能量不會減少也不會憑空增加
各種能量變換
- 火力發電：化學能 -> 熱能 -> 動能 -> 電能
- 水力發電：位能 -> 動能 -> 電能
- 風力發電：動能(風) -> 動能(渦輪機) -> 電能
- 太陽能發電：光能 -> 電能
- 核能發電：核能 -> 熱能 -> 動能 -> 電能
理想氣體
- 定義
- 體積很小，占空間比例極低
- 分子作無規律運動，且各種速率街友
- 分子間相對距離遠，可不計萬有引力，只考慮碰撞的力(碰撞後動能不減少)
- 完全不考慮重力位能
溫標
$℃ = \frac{5}{9}(℉ - 32) = K - 273$
自訂溫標
$\frac{t_℃ - 0}{100 - 0} = \frac{t_℉ - 32}{212 - 32} = \frac{t_K - 273.15}{373.15 - 273.15} = \frac{t_L - 自訂水的冰點}{自訂水的沸點 - 自訂水的冰點}$
質能互換
$E = \Delta mc^2$
單位：$J = kg \cdot m^2/s^2$
核分裂
- 發現者：哈恩
鈾235分裂：
$\ce{^{1}_{0}n} + \ce{^{235}_{92}U} \ce{->} \ce{^{141}_{56}Ba} + \ce{3^{1}_{0}n} + 能量$ - 反應前後：質量數、原子序(質子數)、總質能不變
- 但質量減少，能量增加