IB 物理/能量、功率和氣候變化
在任何系統中，熱能（熱量）可以在一個單一過程中轉化為功（例如，用爐子加熱活塞使其膨脹做功），但要持續地從該能量中獲得功，需要進行迴圈過程，能量從系統轉移以使其恢復到初始狀態（例如，在活塞達到最大體積後將其冷卻，使其恢復正常，並繼續從爐子的熱能中獲得功）。
你需要能夠陳述這一點。
降級能量是任何過程結束後釋放到周圍環境中的熱能。一旦釋放到周圍環境中，這種熱能就完全無法用於能量生產，被認為是“死亡”或“降級”能量。
你需要能夠解釋這個概念。
桑基圖是一種旨在顯示發電過程中各個階段的能量損失的圖。在圖的左側，所有要轉換的能量都以箭頭的莖表示。向右移動時，箭頭會向兩側分支（取決於具體的圖），以表示能量損失佔初始能量（以焦耳或等效單位表示）的百分比，直到到達末端，代表該過程中產生的可用能量。
需要注意的是，莖的厚度與剩餘可用能量的百分比成正比，必須保持一致。例如，如果你在一個圖紙上繪製一個桑基圖，你可以讓莖的寬度為 10 個方格。然後假設第一個能量損失為 10%。因此，從主莖分支出來的箭頭寬度為 1 個方格，其餘部分的莖寬度為 9 個方格（或 90%）。
你需要能夠繪製和解釋這些圖，包括 8.3 和 8.4 節中詳細介紹的系統。
為了從發電廠生產電能，線圈在磁場中旋轉。這被稱為發電機。請注意，說渦輪機產生能量並不能獲得任何分數。渦輪機只是將線性動能（例如，來自蒸汽輪機中的蒸汽）轉換為旋轉動能，供發電機使用。
你需要能夠概述這個概念。這個過程在第 12 章：電磁感應中進行了更詳細的介紹，但本課程這一部分不需要這些細節。
你應該知道以下能源的存在：煤炭、天然氣、石油、生物燃料、核燃料、風能、潮汐能、太陽能和波浪能。
煤炭是植物物質，經過數千年，變成了沉積岩。在形成過程中，它幾乎去除了所有的水分。石油和天然氣是缺氧條件下植物物質腐爛的產物 - 它們存在於地下的儲層中，天然氣位於石油的正上方。生物燃料是用甘蔗等物質製成的燃料。太陽能、風能、潮汐能和波浪能非常直觀。核燃料通常由鈾-235 組成，從地下開採而來。
在很大程度上，太陽是我們所有能源的主要前體 - 化石燃料是由長期死亡的植物物質（由於太陽的存在）形成的，而波浪能、太陽能和風能都與天氣有關（太陽在天氣中起著重要的作用）。
你需要能夠識別這些來源。
可再生能源和不可再生能源的主要區別在於，不可再生能源（化石燃料）在用於發電時會釋放 CO2。或者，你也可以簡單地說，不可再生能源是被燃燒的。
然而，值得注意的是，生物燃料，它幾乎可以被歸類為可再生能源，因為它沒有使用長期腐爛的物質，在使用時確實會釋放 CO2。但與化石燃料不同，它可以透過種植更多源產品來更新。
你需要能夠區分兩者。
比能量是指單位質量燃料所含的能量，單位為 Jkg-1。
能量密度是指單位體積燃料所含的能量，單位為 Jm-3。
你需要能夠定義這個。
一般來說，能量密度高的燃料比能量密度低的燃料更受歡迎。鈾-235 具有最高的能量密度，但啟動和執行核電站的成本很高。在常用的化石燃料中，天然氣的密度最高，其次是石油，然後是煤炭。
你需要能夠討論這些概念。
按使用比例排列的能源來源列表如下：石油 ≈ 35%，煤炭 ≈ 25%，天然氣 ≈ 20%，可再生能源（所有可再生能源）≈ 15%，核能 ≈ 5%。
請注意，你只需要知道這些比例的近似值。比例才是真正重要的。
你需要能夠陳述這一點。
你需要能夠討論之前列出的每種能源的優缺點。
化石燃料
- 在每個大陸上都能找到，因此相對容易找到和使用。
- 容易獲得能量 - 相對於其他來源而言，沒有大的技術要求。
- 基本上可以在任何地方輕鬆建造發電站。
核能
- 能量密度極高。
- 不會加劇全球變暖效應。
水力發電
- 與其他來源相比，效率很高。
- 執行成本低。
- 可再生。
- 不會加劇全球變暖效應。
波浪能
- 不會加劇全球變暖效應。
- 潛在的功率輸出很高。
潮汐能
- 可再生。
- 不會加劇全球變暖效應。
太陽能
- 廣泛的來源。
- 不會加劇全球變暖效應。
- 可以在更多偏遠地區工作。
風能
- 不會加劇全球變暖效應。
- 有很多可能的建設地點。
- 可以在更多偏遠地區工作。
化石燃料
- 對增強溫室效應有很大貢獻。
- 不可再生 - 以目前的消耗速度，供應很快就會耗盡。
- 能量密度低。
核能
- 設定和維護成本高。
- 產生高放射性和難以處理的廢物。
- 反應堆熔燬的可能性。
水力發電
- 需要建造大型水壩 - 成本高。
- 導致上游洪水和下游乾旱。
- 水壩可能破裂，水流釋放會造成重大破壞。
波浪能
- 難以建造。
- 由於波浪的力量，維護成本高。
潮汐能
- 能量輸出低。
- 建設時間長 - 成本高。
太陽能
- 能量輸出非常低。
- 間歇效能量輸出。
- 晚上無法工作。
風能
- 設定和維護成本高。
- 產生噪音汙染。
你需要能夠討論這些要點。
工業革命期間化石燃料消耗量大幅增加。此前，煤炭、石油和天然氣已被使用，因此人們知道去哪裡獲取它們。發電廠被建立起來，以從這些能源中大規模生產能量。
從地理位置上講，化石燃料，尤其是煤炭，在世界各地至少以少量存在。這些是最容易找到的燃料來源。
你需要能夠概述這些概念。
基本上，問題很可能會要求你計算能量密度（以 J/kg 衡量），給出效率、消耗燃料的質量 (M，以 kg 衡量) 和功率輸出 (P，以 J 衡量)。正如所見，公式 *能量密度 = P×ε/M* 將被使用。
你需要能夠討論這一點。
以下問題可能由數字裝置造成
量化 : 這是由於將連續模擬資料轉換為單個數字數字造成的。
取樣頻率 : 數字系統只能每 x 秒（假設 0.01 秒）“獲取”一段資料。如果資料在這段時間內發生重大變化，那麼取樣的結果將與實際訊號幾乎隨機。