1-1 認識能量
本章節 1031 字
更新於: 2022-12-14
核能的本質就是能量，要討論核能便需要先知道能量是什麼？
試想一下，現在是一月的寒冬，你在房間冷得瑟瑟發抖、寒毛直豎。不得已，你違抗了母親的命令，抵著8塊一度的電，開了暖氣，電暖爐的1000瓦電熱管加熱葉片內的礦物油、礦物油加熱葉片、最後葉片散發出的熱量讓你感受烈陽的感覺。電暖爐的工作原理便是把電能轉化成熱能，讓你感受到熱。
在物理學上，我們對能量的定義通常為：「一個物理系統對其他的物理系統作功」，這個定義相當地廣泛，使得他的單位多樣、型態也多樣，比如SI單位制中最基本的使用焦耳 J、在我們國家的電力系統中用著瓩·小時（kWh）、在食品中我們喜歡用千卡kcal來衡量一個食品的熱量，在一些微觀尺度內我們更使用電子伏特eV來表示他們那幾乎不可測的能量。
而能量總是遵守著熱力學四大定律「熱平衡 — 第零定律」、「能量守恆 — 第一定律」「熵增定律 — 第二定律」以及「絕對零度熵為零 — 第三定律」，這四條定律構成了熱力學的世界，礙於篇幅我不過多贅述，這邊主要講第一定律。
「我們不可能憑空生出不存在的能量，封閉系統內的能量必由其他能量的轉換。」這是熱力學的原概述，請見式（1,1），E為內能、Q為熱量、W為功，此為熱力學第一定律的微分方程型態，表示內功變化等於其吸收的熱量減去系統對外界所作的功。能量守恆之所以重要是他奠定了能量的基礎，《能量之間可以互相轉換成為不同的能量》，水力發電的位能能轉換成動能，舉剛剛的電暖爐為例：電能能轉換為熱能、熱能本身就是碰撞後傳遞的動能、動能的損耗伴隨位能的增加……以此往復，能量沒有消失，能量只是互相轉換而已，記住裱起來的那句話，接下來會用到（也是這一節最重要的一句話）。
當然，以上的內容對於物理學工作者來說太過草略，但這本是面向於普羅大眾的科普書，若有對熱力學的興趣可以轉往熱力學（Thermal Physics，由Charles Kittel和Herbert Kroemer編著）費曼物理學講義（The Feynman lectures on Physics，各大圖書館幾乎都有收錄、網路上也有非營利免費中文版可以供參閱）第一冊的第四章，裡面有更詳盡地講述能量的特質。
值得注意的是，我們目前對於能量的本質尚不明朗，只知道他是個抽象的對象，我們不知道各個能量中的公式或是背後的緣由是什麼。
圖（1,1），熱力學第一定律的微分型態（來自於維基百科，https://en.wikipedia.org/wiki/First_law_of_thermodynamics）
試想一下，現在是一月的寒冬，你在房間冷得瑟瑟發抖、寒毛直豎。不得已，你違抗了母親的命令，抵著8塊一度的電，開了暖氣，電暖爐的1000瓦電熱管加熱葉片內的礦物油、礦物油加熱葉片、最後葉片散發出的熱量讓你感受烈陽的感覺。電暖爐的工作原理便是把電能轉化成熱能，讓你感受到熱。
在物理學上，我們對能量的定義通常為：「一個物理系統對其他的物理系統作功」，這個定義相當地廣泛，使得他的單位多樣、型態也多樣，比如SI單位制中最基本的使用焦耳 J、在我們國家的電力系統中用著瓩·小時（kWh）、在食品中我們喜歡用千卡kcal來衡量一個食品的熱量，在一些微觀尺度內我們更使用電子伏特eV來表示他們那幾乎不可測的能量。
而能量總是遵守著熱力學四大定律「熱平衡 — 第零定律」、「能量守恆 — 第一定律」「熵增定律 — 第二定律」以及「絕對零度熵為零 — 第三定律」，這四條定律構成了熱力學的世界，礙於篇幅我不過多贅述，這邊主要講第一定律。
「我們不可能憑空生出不存在的能量，封閉系統內的能量必由其他能量的轉換。」這是熱力學的原概述，請見式（1,1），E為內能、Q為熱量、W為功，此為熱力學第一定律的微分方程型態，表示內功變化等於其吸收的熱量減去系統對外界所作的功。能量守恆之所以重要是他奠定了能量的基礎，《能量之間可以互相轉換成為不同的能量》，水力發電的位能能轉換成動能，舉剛剛的電暖爐為例：電能能轉換為熱能、熱能本身就是碰撞後傳遞的動能、動能的損耗伴隨位能的增加……以此往復，能量沒有消失，能量只是互相轉換而已，記住裱起來的那句話，接下來會用到（也是這一節最重要的一句話）。
當然，以上的內容對於物理學工作者來說太過草略，但這本是面向於普羅大眾的科普書，若有對熱力學的興趣可以轉往熱力學（Thermal Physics，由Charles Kittel和Herbert Kroemer編著）費曼物理學講義（The Feynman lectures on Physics，各大圖書館幾乎都有收錄、網路上也有非營利免費中文版可以供參閱）第一冊的第四章，裡面有更詳盡地講述能量的特質。
值得注意的是，我們目前對於能量的本質尚不明朗，只知道他是個抽象的對象，我們不知道各個能量中的公式或是背後的緣由是什麼。
圖（1,1），熱力學第一定律的微分型態（來自於維基百科，https://en.wikipedia.org/wiki/First_law_of_thermodynamics）
