能量與電力的關係

層級：國中 能量與電力的關係綜觀電力的世界楊順任

大綱 • 電力科學-電力基礎知識 • 如何產生電力-典型的發電廠 • 電力的傳輸 • 認識台灣電力系統 • 用電安全 • 我們如何使用不同的能源來產生電力 • 電力與環境

一、電力科學-電力基礎知識 基礎電力電力是二次的能量來源，也可稱為次級的能量來源電力是電力或電荷的流動，且都是自然的基礎部分，是我們廣泛使用的能量形式。實際上，電力是二次的能源，也是與能量載體有關聯性，這也就意味著我們可能量來源的轉換來得到電力，如煤碳、核能、或是太陽能，這些被稱為主要的來源。大潭火力發電廠

一、電力科學-電力基礎知識 基礎電力我們所用來製造電力的能量來源可以是再生的或是非再生的，但電力本身既不是再生或非再生的能量來源。風力機電視洗衣機省電燈泡筆電圖片來源：http://openclipart.org/detail/90871/funky-old-tv-by-stevepetmonkey

一、電力科學-電力基礎知識 基礎電力電力的使用大大改變了我們的日常生活，大約在一百年前在電力還未變成我們可使用的能量時，房屋內仍然是點燃煤油燈、食物是以冰塊來保存、室內房間是以木材或煤炭燃燒的爐子。許多科學家與發明家解釋出電力的原理，如班傑明·富蘭克林、湯馬斯·愛迪生、尼可拉·特斯拉分別提出一些重要的成就，直到1879年，直流電(DC)被使用在弧光燈室外的照明，而到了1800年代末期，特斯拉將發電、傳輸、以及交流電力的使用(AC)，並減少了長距離輸電的成本。特斯拉的發明將使用的電帶進室內並點亮了燈光，也驅動了工業的機械。煤油燈圖片來源：http://www.goodgifts.org/good-gifts/gift/8008/

一、電力科學-電力基礎知識 基礎電力儘管電力在我們的生活中是非常重要的，少數的我們可能會停下來思考沒有電的生活會變成什麼樣子。就像水與空氣一樣，我們常常相當然的電力，就是出現在生活中。但我們所使用的電力每天為我們做許多事情，從照明、加熱與冷卻我們的住家，並驅動我們電視與電腦。水圖片來源：http://www.goodgifts.org/good-gifts/gift/8008/

一、電力科學-電力基礎知識 電力基礎科學萬物都是由原子所構成為了瞭解電力，我們需要知道有關於原子構造與原理。所有在宇宙中的事物都是由原子構成，所有的行星、每一棵樹、每個動物。人體是由原子所構成，空氣和水也是。宇宙的是原子積木結構而形成。而且原子是極小的物質，數以百萬計的原子也剛剛好符合大頭針的前端而已。水圖片來源：http://www.goodgifts.org/good-gifts/gift/8008/

一、電力科學-電力基礎知識 電力基礎科學原子是由更小的粒子所組成一個原子的中心稱為原子核，它是由稱作質子或中子的粒子所構成，質子和中子，但電子來得更小。電子在原子核外層圍繞著，兩者距離甚遠。如果原子核是網球的大小，原子就是帝國大廈的大小。原子大部分空間都是空的。圖片來源：http://www.eia.gov/kids/energy.cfm?page=electricity_science-basics

一、電力科學-電力基礎知識 電力基礎科學原子是由更小的粒子所組成如果你能看到原子，它看起來就像由巨大無形的氣泡(或外殼)包圍著中心小球團，電子就是在那些氣跑的表面，並不斷的旋轉與移動，盡可能與彼此的電子保持較遠的距離，電子以一種電子力量維持維持外殼層的穩定。一原子的質子與電子會彼此互相吸引，兩者都帶有電荷，質子帶正電荷(＋)，而電子則帶負電荷(－)，帶正電荷的質子量與帶負電荷電子量相等，相對的電荷可吸引彼此。一個原子當含有同等數量時就會處於平衡的狀態，中子不帶電荷且數量可有所不同。

一、電力科學-電力基礎知識 電力基礎科學電力是原子之間電子的移動電子通常從精確的外核中保持一定的距離，最靠近原子核外核區可容納兩個電子，下一殼層的則是可容納八個電子，最外層甚至可容納更多電子，許多原子中的質子可包含七層含有電子的外殼層。

一、電力科學-電力基礎知識 電力基礎科學電力是原子之間電子的移動最靠近原子核的外殼層電子對質子來說有較大的吸引力，但有時候較外面的殼層較沒有吸引力。這些電子可以推出到外圍軌道。作用的力量可讓他們從另一個原子移到另一個原子。圖片來源：http://www.eia.gov/kids/energy.cfm?page=electricity_science-basics

一、電力科學-電力基礎知識 電力基礎科學靜電存在於自然界閃電是電力的一種形式，它是從一片雲移動到另一片雲，或是從雲跳躍至地表，你有曾經在走過地毯橫之後出碰一物體感到驚嚇？一個電子流從物體流向你的身體，這就稱為靜電現象。你有曾經讓頭髮摩擦一汽球使你的頭髮站起來嗎？如果有，你已經移出氣球上的一些電子。電子移動從汽球移動至妳的頭髮他們試著移動至你頭髮的尾端，他們彼此相互推擠，讓你的頭髮移動，它們彼此相互排斥，就如同相反的電荷彼此相互吸引，相同的電荷彼此排斥。圖片來源：http://auroralipper.hubpages.com/hub/Science-Fair-Experiments-that-get-good-grades--Experiment-14---Static-electricity 圖片來源：http://openclipart.org/image/800px/svg_to_png/71959/Eclair2.png

一、電力科學-電力基礎知識 電力基礎科學電與磁在大多數的物體上，所有的原子處於平衡的狀態下，半數的電子以同一方向來旋繞，半數以另一方向來旋繞，它們之間的間隔距離是隨機性的。但磁鐵不太一樣，在磁鐵中是有排序性的，以至於電子並非在平衡狀態。圖片來源： http://openclipart.org/detail/14225/bar-magnets-by-torisan-14225

一、電力科學-電力基礎知識 電力基礎科學電與磁電子沒有從一端移動至另一端來找到平衡點，這將產生一個能量的力量稱為在磁鐵周圍的磁場。我們稱一磁鐵的底端為北(N)極，而另一端為南(S)，磁場力量的流向為北極指向南極。圖片來源： http://openclipart.org/detail/14225/bar-magnets-by-torisan-14225

一、電力科學-電力基礎知識 電力基礎科學電與磁你有曾經拿者兩個磁鐵並互相靠近彼此嗎？它們大部分並不會其他物體起作用，如果你嘗試將兩個磁鐵的北(N)極一起靠近，它們會相互排斥，相同的如果是南(S)極靠近時，它們也會相互排斥。圖片來源： http://openclipart.org/detail/14225/bar-magnets-by-torisan-14225

一、電力科學-電力基礎知識 電力基礎科學電與磁將一塊磁鐵的北(N)極轉向另一磁鐵的南(S)極，磁鐵就會以強大的力量吸引彼此，就像電子與質子一樣，異性相吸。圖片來源： http://openclipart.org/detail/14225/bar-magnets-by-torisan-14225

一、電力科學-電力基礎知識 電力基礎科學磁可產生電力我們可使用磁鐵來產生電力，一個磁場可以吸引跟搬移電子來使他們移動。有些金屬，如銅，電子是鬆散的，它們很容易從的外殼層來推移。圖片來源：http://www.need.org/needpdf/infobook_activities/ElemInfo/ElecE.pdf

一、電力科學-電力基礎知識 電力基礎科學磁可產生電力電與磁是有關聯性的，磁鐵可以創造電力，而電力可以產生磁場。每當磁場改變時，就會產生一電場。而每當電場改變時，就會建立一磁場，磁跟電總是連結在一起，你不能有其中一項而另一項沒有，所以這稱為電磁圖片來源： http://openclipart.org/detail/14225/bar-magnets-by-torisan-14225

一、電力科學-電力基礎知識 電力基礎科學電力在迴路中遊走電力在閉迴路或電路中遊走，它必須有經由發電廠流經電線並回去至發電廠的完整路徑。當電路開路時，電力無法通過，當我們打開電燈開關時，形成封閉之電路，電流流經電燈之後返回電線，而當我們把開關切掉時，我們將電路打開(開路)沒有任何電力流經電燈，而是直接流經開關。圖片來源： http://openclipart.org/detail/14225/bar-magnets-by-torisan-14225

一、電力科學-電力基礎知識 電力基礎科學電力在迴路中遊走圖片來源： http://www.need.org/needpdf/infobook_activities/ElemInfo/ElecE.pdf

二、如何產生電力-典型的發電廠 發電廠如何使用磁鐵發電廠使用巨大磁鐵來製造或產生電力，在一發電機內，一巨大纏繞銅線的線圈在磁鐵內旋轉，當它旋轉時，磁場會推拉銅線內的電子。在銅線內的電子流入電力線，這些移動的電子就是驅動我們住家電力的來源。發電廠使用巨大的輪子，我們稱為渦輪機來帶動發電機內的線圈旋轉，它需要許多能量來驅動渦輪機，而許多發電廠使用不同種的燃料來得到驅動的能量

二、如何產生電力-典型的發電廠 發電廠如何使用磁鐵

二、如何產生電力-典型的發電廠 典型的發電廠基本上，無論多大或多小、由一台渦輪機和發電機，以及能源就可構成一座發電廠。甚至一台獨立的風力渦輪機都可以想像為一台發電廠。但通常當我們想到關於發電，我們描述為一台巨大的蒸汽驅動的發電廠內有著巨大渦輪發電機，發出充滿力量和能量的聲音。

二、如何產生電力-典型的發電廠 圖片來源： http://www.need.org/needpdf/infobook_activities/ElemInfo/ElecE.pdf

二、如何產生電力-典型的發電廠 • 以蒸汽驅動的發電廠是如何運作蒸汽的力量驅動現今大部份的發電廠。高壓蒸氣的噴射帶動渦輪機的轉動，之後轉動發電機來產生電力。電力再透過輸電線傳送到我們家裡，學校，企業和工業。蒸汽是如何得到它的力量？水的沸點是攝氏100度C，隨著分子緊密聚集在一起，在這溫度之下的水為在液體的階段。但當水被加熱在沸點之上時，它“噴發”成為蒸汽（它為氣體，或是水汽的形態），而且分子會在周圍分離及反彈。因為分子擴散，蒸氣占據了比水分離及反彈更大的空間－超過 1000倍的空間。當蒸汽受限制而不被允許擴張時如同蒸氣蒸發了，它會成為高壓（加壓的）蒸汽。

二、如何產生電力-典型的發電廠 • 以蒸汽驅動的發電廠是如何運作在渦輪機中，高壓蒸汽從受限制的空間被釋放。蒸氣噴發在高速時通過噴嘴。它的時速可以高達每小時724公里，並噴射到渦輪葉片。為了得到更多力量，當蒸汽壓力衝出渦輪機時，低壓是由冷卻蒸汽來形成。這種冷卻凝結將蒸汽變成為水的型態（原本的空間被佔據）。高壓蒸汽的推力以及低壓區域的拉力產生額外的動力來使轉動渦輪機更有效率。

三、電力的傳輸 • 電力透過電線來傳輸旋轉的渦輪機產生電力，並流向輸電線。電子流經輸電線到我們的家中，然後它們流向家中的電線，並返回發電廠，然後又再一次同樣的流程。電力流經線路的速度相當快，短短一秒鐘，電力可環繞地球七次。

三、電力的傳輸 • 電力透過電線來傳輸輸電線有許多不同類型的樣式，當發電廠產生電力時，電力就由電塔所支撐的輸電線來流動，輸電線夾帶大量的電力進入城市與城鎮的電桿中。輸配線則夾帶小量的電力從電桿配送到住家或企業當中。

台灣電力系統流程圖 四、認識台灣電力系統

輸變電設備依電壓等級通常可以區分為：超高壓輸電系輸變電設備依電壓等級通常可以區分為：超高壓輸電系統、超高壓變電所、一、二次輸電系統以及一、二次變電所。「超高壓輸電系統」是大容量電力長距離輸送之用，是輸電系統的基幹。這些輸配的線路稱為「饋電線」，通常採用高架或是地下方式配電。「一、二次輸電系統」是地區性供電系統。這些輸電的線路稱為「配電線」。四、認識台灣電力系統 • 輸電系統介紹

台灣地區輸電線路依電壓級別區分，可分為三種：台灣地區輸電線路依電壓級別區分，可分為三種： 34萬5(34.5kV)仟伏特輸電線，又稱超高壓輸電線。 16萬1(16.1kV)仟伏特輸電線，又稱一次輸電線。 6萬9仟(6.9kV)伏特輸電線，又稱二次輸電線四、認識台灣電力系統 • 輸電系統介紹

變電所是電力轉換站，用以提高或降低電壓，並分配用變電所是電力轉換站，用以提高或降低電壓，並分配用電量。從發電廠送電到用戶家中的過程中，電廠發出的電要先經過變電所昇高電壓才可大量快速的輸送。而要送入使用者，高壓電須經過變電所降低電壓才可依序分送各地，並逐段降低到用戶可使用的電壓。四、認識台灣電力系統 • 變電所介紹

電力是很神奇的，它供 給我們熱和光，並使電器運作，如冰箱、吹風機、洗衣機等。電力也可能會很危險的，它可能會導致火災、受傷、甚至傷亡。五、用電安全 • 電力安全

除了插頭之外，請勿將任何東西放入插座中。 拔除電器的插頭時，不要拉電線，請按住插頭拉起。在拔除插頭或電源線前，請先將潮濕的手擦乾如果插頭有損壞或是電線被切斷和磨損，請勿使用它請勿在同一個插座上，插入過多的電源線在更換燈泡前，請關閉電燈或是拔除插頭五、用電安全 • 這裡是一些用電安全規則

當電器插頭還在插座上時，切勿觸摸電器內部。當電器插頭還在插座上時，切勿觸摸電器內部。請保持電器遠離水源，如有水槽在附近，切勿使用吹風機。如果暴風雨來臨時，請將電視及電腦關閉。請勿觸外面的區域之電線。某些電源線埋在地底下，如果您正在挖掘並尋找線路，切勿觸碰它。請勿在接近電力線附近的地方放風箏與攀爬樹木。五、用電安全 • 這裡是一些用電安全規則

五、用電安全

六、我們如何使用不同的能源來產生電力 燃煤的發電方式

六、我們如何使用不同的能源來產生電力 其他化石燃料的發電方式其他化石燃料也是跟煤炭同樣的發電方式，利用燃燒燃料產生熱能，驅動發電機發電。

六、我們如何使用不同的能源來產生電力 核能的發電方式在反應爐內有燃料組件、控制棒、以及水。核分裂反應是發生在燃料組件並透過反應爐加熱水。控制棒則吸收中子來控制分裂透過反應爐加熱的水經由管線通過，流向至蒸汽發電氣，由二次系統再次加熱水蒸汽發電機將蒸汽保持在高壓之狀態，蒸汽流經管線到渦輪機

六、我們如何使用不同的能源來產生電力 核能的發電方式當高壓蒸汽經過渦輪機，轉動渦輪機，並帶動發電機轉子，之後蒸汽流經冷凝器由冷卻水來冷凝，並回到蒸氣發電機，重複此循環。渦輪機帶動發電機內轉子轉動，並產生電力電力送至變電所，由變壓器升高電壓後，傳送至電網

六、我們如何使用不同的能源來產生電力 再生能源的發電方式當水源流經在大壩後的儲存區，透過有濾網水渠防止異物侵入，但魚群可以通過。水源遊走在大型管線，稱為水渠水的力量以慢速轉動渦輪機，並讓魚群安然無恙的通過。在發電機內，銅線線圈纏繞的轉子在環形磁鐵內轉動，製造電場並產生電力。電力傳送到變電所並將電壓升高，輸送到電網中。水流出水渠道並流向下游區。

七、電力與環境 電力雖然在能源形式的使用上是潔淨且相對安全的能源，但在電力的製造與傳輸仍與環境衝擊有關聯。幾乎所有類型的發電廠皆對環境有其衝擊與影響

七、電力與環境 發電廠對景觀的影響發電廠通常需要一個地方來設置它，有些可以位在屋內或是在建築物旁，所以對碳足跡的影響就相當小。大部分大型發電廠和燃料儲存區需要清潔的土地來設置，有些也需要設置管線、建構道路、鐵路、輸電線等

七、電力與環境 發電廠對景觀的影響除此之外，大部分的發電廠都式大型實體建築，有些人不喜歡這些視覺景觀上的衝擊，且較喜歡原始或自然景觀。

七、電力與環境 化石燃料、生質能、燃燒廢棄物發電廠對環境的影響 • 我們大部分都是利用化石燃料、生物質或是廢棄物來發電，但這些在燃燒過程都會產生一些汙染排放，包括 • 二氧化碳(CO2) • 一氧化碳(CO) • 二氧化硫(SO2) • 氧化亞氮(NOX) • 懸浮微粒(PM) • 重金屬(如汞等)

七、電力與環境 化石燃料、生質能、燃燒廢棄物發電廠對環境的影響而幾乎所有燃燒所產生的副產品都會對環境及人類身體健康有所影響。二氧化碳—是一種溫室氣體，造成過度的溫室效應並為全球暖化的來源之一。二氧化硫—導致酸雨，並對生活在水中的動植物有害。而特別是對小孩及年長者，容易造成呼吸系統及心臟方面的疾病

七、電力與環境 化石燃料、生質能、燃燒廢棄物發電廠對環境的影響氧化亞氮—有助於增加臭氧層的程度，並刺激與傷害肺部懸浮微粒—造成城市、景觀區域灰濛濛一片，並隨著臭氧影響人類、導致哮喘和慢性支氣管炎非常小的微粒也可能造成肺癌或肺氣腫重金屬—如汞，對人類及動物健康皆有害。

Thanks for your attention • 參考資料 • National Energy Education Develoment Project(NEED) • U.S. Energy Information Administration(EIA) • Energy for Keeps(CA)

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