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物理 高中

求解,謝謝🙏

|麼養題 奈米材料的表面效應 「奈(nano)」這一前綴詞源自於希臘文,本意是「矮子」或「侏儒」的意 思。「奈米」是一個長度計量單位,意指1公尺的十億分之一(105°公尺),通常 用 nm 表示,這個尺度大約等於人類頭髮直徑的萬分之一。奈米技術,則是在奈米 尺度(1 ~ 100 奈米)上研究物質的特性與相互作用,以及利用這些特性的技術 。 在奈米技術中,奈米材料是最主要的研究對象。奈米材料又稱為超微顆粒材料,是 由奈米粒子組成,奈米粒子一般是指尺寸在1 ~ 100 奈米間的粒子,當材料的顆粒 縮小到只有幾奈米到幾十奈米時,微粒內包含的原子數僅為10²~10′個,其中有 50% 左右為表面原子。由於顆粒表面相對活躍的原子數量與顆粒內部結構穩定的原 子數量之比例大大增加,使得材料顯示出許多奇特的物理性質。直徑大於 100 奈米 表面積 體積 的顆粒,其 的比值還很小,所以其表面效應可忽略不計,但是當顆粒尺寸 € 小於 100 奈米以下,其 表面積 的比值會急劇增大,例如僅僅1克的超微顆粒之總 體積 表面積就可以高達 100 平方公尺,這時的表面效應將不容忽略。在金屬奈米顆粒表 面上的原子十分活潑,因此可用金屬奈米顆粒之粉體作為火箭的固體燃料或催化劑。 實驗證實只要在火箭發射之固體燃料中加入 1% 重量比的超微鋁或超微鎳顆粒,則 每克燃料的燃燒熱將會增加 10 倍。 要想像微小的尺度,往往透過比例之換算會有比較明確的感覺,試著做以下的練習: T28x101 01 已知地球直徑為 12800 公里,一顆海灘球的直徑約為 12.8 公分,將一顆海灘球 放在地球表面上,這兩者之大小比例相當於把一顆多少奈米的超微顆粒放在海灘 球上? (A) 0.128 (B) 1.28 (C) 12.8 (D) 128 (E) 1280. -)22 已知球體的表面積A是與其半徑r平方成正比(A=4r²),球體的體積V是與其 半徑r立方成正比(V=")。若有一個球狀的奈米顆粒其尺寸由 100 奈米縮 小到5奈米, 則其 (A) 1 400 1-3 物理學簡介 (B) 表面積 體積 (C) 1 (D) 20 (E) 400 。 1 20 之比值將會變為原來的多少倍?

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謝謝~

18~20為題組 在人類發展文明的過程中需要依賴能量,使用時必須依照需要將能量轉換成適當的形式。而在能量的形式 轉換的過程中,總有部分能量會逸散而損失,逸散的能量不易收回再加以利用,因此可供我們利用的「有 用能源」將愈來愈少,找尋新的能源是重要的課題之一。 據估計每年照射在地球表面上的太陽能約為目前全世界每年所需能量的一萬多倍,利用太陽能來發電 應是解決能源匱乏的良好方案。由近年歐盟統計資料(如下左圖)可一窺究竟。 目前人類利用太陽能通常有兩種方式: 一是太陽光照射在某些金屬表面上,使金屬的原子釋放電子,形成電流,轉為電能。最常見的就是太 陽能電池。 另一種方式是大規模的太陽能轉換成我們可使用的能源,然而最大的問題是:太陽並不是隨時都在照 射,以致無法全天候運轉。這問題的解決之道就是在太陽照耀的時候,除了發電裝置運作之外,還要將多 餘的照射能量儲存起來,以待天候不佳或夜晚的時候使用,但是在能量儲存與釋放的過程當中,損失的比 例很大,能量轉換的效率並不高,為各種發電型態中最低的。而近年來對於解決這個問題有了重大的突破 !因為有了熱量貯存媒介的新材料。在西班牙的安達索爾太陽能發電站(Andasol Solar Power Station), 利用直線型拋物面槽式集热器(如下右圖)將入射的陽光經由拋物面板反射,集中能量於拋物面的焦點( 實際上為一直線)處加熱金屬管內的油將水煮沸、產生蒸氣用來發電。實際上,拋物面集热器所收集的熱 能幾乎是白天發電所需熱能的兩倍,多餘的熱則會從管内的油傳送至熱量貯存媒介熔融鹽。其熔點為 240℃,在240℃至590℃的範園內都是很穩定的液態,比熱相當大,是很合適的熱貯存材料、熔融的混合 鹽從 260℃吸取油管的熱能升溫至 400℃。夜間則將熱傳回管內的油,以供發電。如此,發電廠在白天及 夜晚都能運作,既可提升效率又可降低成本,有如打造一個太陽能銀行般將太陽能貯存起來!

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18~20為題組 在人類發展文明的過程中需要依賴能量,使用時必須依照需要將能量轉換成適當的形式。而在能量的形式 轉換的過程中,總有部分能量會逸散而損失,逸散的能量不易收回再加以利用,因此可供我們利用的「有 用能源」將愈來愈少,找尋新的能源是重要的課題之一。 據估計每年照射在地球表面上的太陽能約為目前全世界每年所需能量的一萬多倍,利用太陽能來發電 應是解決能源匱乏的良好方案。由近年歐盟統計資料(如下左圖)可一窺究竟。 目前人類利用太陽能通常有兩種方式: 一是太陽光照射在某些金屬表面上,使金屬的原子釋放電子,形成電流,轉為電能。最常見的就是太 陽能電池。 另一種方式是大規模的太陽能轉換成我們可使用的能源,然而最大的問題是:太陽並不是隨時都在照 射,以致無法全天候運轉。這問題的解決之道就是在太陽照耀的時候,除了發電裝置運作之外,還要將多 餘的照射能量儲存起來,以待天候不佳或夜晚的時候使用,但是在能量儲存與釋放的過程當中,損失的比 例很大,能量轉換的效率並不高,為各種發電型態中最低的。而近年來對於解決這個問題有了重大的突破 !因為有了熱量貯存媒介的新材料。在西班牙的安達索爾太陽能發電站(Andasol Solar Power Station), 利用直線型拋物面槽式集热器(如下右圖)將入射的陽光經由拋物面板反射,集中能量於拋物面的焦點( 實際上為一直線)處加熱金屬管內的油將水煮沸、產生蒸氣用來發電。實際上,拋物面集热器所收集的熱 能幾乎是白天發電所需熱能的兩倍,多餘的熱則會從管内的油傳送至熱量貯存媒介熔融鹽。其熔點為 240℃,在240℃至590℃的範園內都是很穩定的液態,比熱相當大,是很合適的熱貯存材料、熔融的混合 鹽從 260℃吸取油管的熱能升溫至 400℃。夜間則將熱傳回管內的油,以供發電。如此,發電廠在白天及 夜晚都能運作,既可提升效率又可降低成本,有如打造一個太陽能銀行般將太陽能貯存起來!

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