高中地球科學/能源資源
您知道您做的每一件事都需要能量嗎？即使您靜止不動，您的身體也在利用能量呼吸、保持血液迴圈以及控制許多不同的過程。但這不僅僅是您。任何以任何方式移動或變化的事物——從植物到動物到機器——都需要能量。您是否曾經想過所有這些能量來自哪裡？
- 比較能量從一種形式轉換為另一種形式的方式。
- 討論燃燒燃料時會發生什麼。
- 描述可再生資源和不可再生資源之間的區別，並將不同的能源資源分類為可再生或不可再生。
能量可以定義為移動或改變物質的能力。每個生物都需要能量來生存和生長。您的身體從食物中獲取能量，但這只是您每天使用的能量的一小部分。烹飪食物需要能量，將食物儲存在冰箱或冰櫃中也需要能量。加熱或冷卻您的家也是如此。無論您是在廚房裡開啟燈還是乘車去學校，您一整天都在使用能量。而且由於全世界數十億人都在使用能量，因此對提供所有這些能量的資源有巨大的需求。我們為什麼需要如此多的能量？
主要原因是地球上發生的幾乎所有事情都涉及能量。大多數情況下，當發生某些事情時，能量正在改變形式。
即使能量確實會改變形式，能量的總量也始終保持不變。能量守恆定律指出能量既不能被創造也不能被消滅。科學家們透過注意到每當他們觀察到能量從一種形式轉換為另一種形式時，他們都可以測量到能量的總量沒有發生變化，從而發現了這條定律。
例如，關於能量如何從一種形式轉換為另一種形式，想想您踢足球時會發生什麼。您的身體從食物中獲取能量。當您的身體分解您吃的食物時，它會將食物中的能量以一種稱為化學能的形式儲存起來。但是，必須釋放一些儲存的能量才能使您的腿部肌肉運動。當這種情況發生時，釋放的能量從化學能轉變為另一種形式，稱為動能。動能是任何運動物體所具有的能量。您的肌肉移動您的腿，您的腳踢球，球透過被踢而獲得動能。因此，您可以將踢球的動作視為能量移動和改變形式的故事。任何涉及運動或變化的事情都是如此。勢能是儲存的能量。勢能具有做功的潛力或轉換為其他形式能量的潛力。勢能的一個例子可能是您踢的球，如果它最終位於山頂。
正如您所學到的，能量是移動或改變物質的能力。換句話說，您可以說能量是做功的能力。但是是什麼讓能量在您需要時隨時可用呢？如果您曾經在使用時意外地拔掉了燈的插頭，您就會看到燈沒有能量供應來保持自身點亮。當燈插入插座時，它擁有所需的能源——電能。電能來自發電廠，發電廠必須擁有能量才能產生這種電能（圖 5.1）。產生電能的能量來自燃料，燃料儲存能量並在需要時釋放能量。燃料是指在化學變化中可以釋放能量的任何物質。您吃的食物充當您身體的燃料。您可能最常在有人提到其在交通運輸中的用途時聽到“燃料”一詞。汽油和柴油是為大多數汽車、卡車和公共汽車提供能量的兩種燃料。但是，許多不同型別的燃料被用來滿足各種各樣的儲能需求。
為了使燃料有用，必須以可控的方式釋放其能量。控制能量的釋放使得可以利用能量來做功。當燃料用於其能量時，燃料通常會被燃燒，並且大部分能量會以熱量的形式釋放出來。熱量可用於做功。例如，關於燃料中的能量如何主要以熱量的形式釋放，想想有人在壁爐裡生火時會發生什麼。首先，這個人劃一根火柴，用它來點燃一些小樹枝。樹枝燃燒一段時間後，它們會變得足夠熱以使一些較大的木棍燃燒。火勢越來越大，很快它就變得足夠熱以燃燒整根原木。
您可能一開始會認為熱量來自生火。畢竟，有人劃了一根火柴來生火，然後火就蔓延開來，對吧？但是，如果您從能量的角度考慮這團火，幾乎所有的熱量都來自儲存在木材中的能量。換句話說，木材是火的燃料。很容易對火熱的來源感到困惑是有原因的。原因是，在任何能量從火中釋放出來之前，都必須投入一些能量來開始生火。一開始，火柴頭上儲存著化學能。當有人劃一根火柴時，這種化學能會以熱量的形式釋放出來。
點燃的火柴釋放出足夠的熱量來點燃樹枝。這種熱量足以開始將木材（以及空氣中的氧氣，木材燃燒需要氧氣）中的化學能轉化為熱量。發生的情況是，火柴的熱量會破壞樹枝中的化學鍵。當這些鍵斷裂時，樹枝中的原子可以自由移動並形成新的鍵。當原子形成新的鍵時，它們會釋放更多的熱量。這種熱量會導致越來越多的木材將其儲存的化學能轉化為熱量。因此，最初來自火柴的少量熱量變成了來自木材的大得多的熱量。任何燃料都是如此。我們必須向燃料中新增一些能量才能使其開始燃燒。但是，一旦燃料開始燃燒，它就會繼續將其化學能轉化為熱量。只要條件合適，燃料就會繼續將其能量轉化為熱量，直到燃料全部耗盡。
能源資源可以分為兩類——可再生或不可再生。不可再生資源的使用速度快於其補充速度（圖 5.2）。其他被稱為可再生的資源永遠不會枯竭。在大多數情況下，這些資源的補充速度與使用速度一樣快。
在某種程度上，不可再生資源和可再生資源之間的區別就像普通電池和可充電電池之間的區別。如果您家中有使用普通電池的手電筒，並且您不小心將手電筒整晚都開著，那麼一旦手電筒中的電池沒電了，您就需要購買新電池。普通電池中的能量是不可再生的。但是，如果手電筒有可充電電池，您可以將它們放入電池充電器中並在手電筒中再次使用它們。這樣，可充電電池中的能量就是“可再生”的。
化石燃料是非可再生能源最常見的例子。可再生能源包括太陽能、水能和風能。如果你追溯所有這些能源的起源，你會發現幾乎所有的能源——不僅僅是太陽能——都來自太陽。化石燃料是由數百萬年前儲存太陽能的動植物殘骸形成的。這些動植物的所有能量都直接或間接地來自太陽。太陽對某些地區的加熱程度高於其他地區，從而導致風。太陽的能量驅動水迴圈，使水在地球表面流動。風能和水能都可以用作可再生資源。
化石燃料，包括煤炭、石油和天然氣，是非可再生資源。數百萬年前，植物利用太陽能形成糖類、碳水化合物和其他富含能量的碳化合物，這些化合物後來轉化為煤炭、石油或天然氣。儲存在這些燃料中的太陽能是豐富的能源，但化石燃料的形成需要數百萬年，而我們卻在短短幾十年內將其耗盡，很快就會耗盡。化石燃料是非可再生資源。化石燃料的燃燒還會釋放大量的溫室氣體二氧化碳。
可再生能源包括太陽能、水能、風能、生物質能和地熱能。這些資源通常可以以我們使用它們相同的速度得到補充。科學家知道太陽將繼續照耀數十億年，只要有太陽，我們就可以利用太陽能。水從高處流向低處，風從高壓區域吹向低壓區域。我們可以利用風和水的流動發電，並且可以依靠風和水繼續流動。生物質能的一些例子包括燃燒木材或將穀物轉化為生物燃料。我們可以種植新的樹木或作物來替代我們使用的作物。地熱能利用岩石中被岩漿加熱的水。當我們取出熱水時，岩漿會加熱岩石中的更多水。
然而，即使是可再生資源也可能帶來問題。我們可能會砍伐過多的樹木，或者我們可能需要將穀物用於食品而不是生物燃料。一些可再生能源的成本過高，無法得到廣泛應用，或者會導致某些型別的環境問題。隨著技術的進步和越來越多的人使用可再生能源，價格可能會下降。而且，隨著我們耗盡化石燃料，它們的成本將會上升。在某個時刻，即使可再生能源很昂貴，非可再生能源的成本也會更高。最終，我們將不得不使用可再生能源（並進行節約）。
對於可再生資源和非可再生資源，至少有兩件重要的事情需要考慮。一個是，我們必須有一種切實可行的方法將資源轉化為有用的能源形式。另一個是，我們必須考慮將資源轉化為能源時會發生什麼。
例如，如果我們從燃燒燃料中獲得的能量遠小於製造燃料所投入的能量，那麼這種燃料可能不是一種實用的能源。另一方面，如果另一種燃料為我們提供了大量的能量，但也產生了大量的汙染，那麼這種燃料也可能不是最佳的能源選擇。
- 根據能量守恆定律，能量既不會被創造也不會被消滅。
- 可再生資源可以以其使用速度得到補充。
- 非可再生資源的數量有限，或者其使用速度快於其補充速度。
- 任何以任何方式移動或變化的事物都需要什麼？
- 我們大多數能源的最初來源是什麼？
- 當你的身體分解你吃的食物時，它以什麼形式儲存食物中的能量？
- 當我們燃燒燃料時，會釋放出什麼使工作得以完成？
- 對於生物質能、煤炭、天然氣、石油和地熱能，請確定每種能源是可再生還是非可再生。解釋你的理由。
- 在判斷能源資源對我們的幫助程度時，哪些因素很重要？
- 可充電電池是可再生能源嗎？解釋。
- 化學能
- 儲存在化學物質中原子之間連線中的能量。
- 能量
- 移動或改變物質的能力。
- 燃料
- 在化學變化中可以釋放能量的物質。
- 動能
- 物體由於運動而具有的能量。
- 能量守恆定律
- 說明能量既不會被創造也不會被消滅的定律。
- 勢能
- 儲存在物理系統內的能量。
- 化石燃料需要多長時間才能形成？
- 所有化石燃料都是非可再生資源嗎？
- 所有化石燃料對環境的影響都一樣嗎？