能量转换与守恒
基础能量不会消失，只会由一种形式转成另一种（能量守恒定律）。电池：化学能→电能；灯泡：电能→光能＋热能；摩打：电能→动能。每次转换都有一部分转变成「没有用」的热能，所以效率永远小于 100%。
- 能量守恒：只转换，不消失
- 每个装置：输入→输出链
- 效率 <100%，损耗多数是热
§课文原文 Passage
1能量守恒定律指出：能量不会凭空产生，也不会凭空消失，只会由一种形式转为另一种形式。手电筒是简单的例子：电池内储存化学能，使用时转为电能，灯泡再把电能转为光能和热能。分析任何装置，都可以先问输入和输出各是什么形式的能量，再追踪能量流动的路径。
2每次转换都伴随损耗：摸一下手电筒的灯罩便感到发热，那些正是没有利用价值的热能。因此效率永远小于 100%，计算方法是有用输出能量除以总输入能量，再乘以 100%。例如输入 100 焦耳、有用输出 60 焦耳，效率便是 60%，其余 40 焦耳并没有消失，而是变成热和声散失。
3损耗主要来自摩擦和电阻：机件互相摩擦令动能转为热能，加上润滑油可以减低；电线有电阻，输电时部分电能转为热能散失，所以长途输电采用高电压以减少损耗。不同装置的效率差别也很大：LED 灯把电能转为光能的效率约为四成，钨丝灯只有约 5%；汽车引擎的效率只有约两成半至三成，大部分化学能直接变成热能排走。
4工程师的工作正是减少损耗、提升效率：换用 LED 灯即能省电；电动车把电池能量转为车轮动能的效率可达九成，明显高于汽油引擎；单车链加润滑油、高铁车头设计成流线型以减低空气阻力，都是减少损耗的实例。学会追踪能量由哪里输入、往哪里输出，便明白装置为什么会发热，也明白节约能源其实是减少浪费。
1重点摘要 Summary
能量不会消失，只会由一种形式转成另一种（能量守恒定律）。电池：化学能→电能；灯泡：电能→光能＋热能；摩打：电能→动能。每次转换都有一部分转变成「没有用」的热能，所以效率永远小于 100%。
2生字卡 Vocabulary
能量不会凭空产生或者消失，只会转换形式。
物体因运动而具有的能量。
因位置或状态而储存的能量，例如高处的水。
有用输出 ÷ 总输入 × 100%。永远 <100%（有损耗）。
储存在物质之中的能量，例如电池、食物和燃料。
电流携带的能量，方便输送和转换成其他形式。
灯泡和萤幕输出的能量形式。
最常见的损耗形式，令装置变暖，例如摸上手电筒会热。
摩打和风扇运作时发出的能量，通常属于损耗。
3逐步讲解 Steps
- 追踪能量链分析任何装置的能量转换，先问两个问题：输入什么形式的能量？输出哪些形式？例如电风扇输入电能，输出动能，并附带声能和热能——附带的形式往往就是损耗。装置用久了会发热，正是能量损耗的表现；养成先列输入输出、再讨论效率的习惯，答题便有清晰的结构。
- 常见链条几条常见的能量链值得熟记：干电池内储存化学能；手电筒把化学能转为电能，再转为光能和热能；电风扇把电能转为动能和声能；水力发电则把水的势能转为动能，再转为电能。熟记这几条，考试遇到相关题目便可以直接套用；另外，太阳能板能把光能直接转为电能，同样值得记住。
- 记住守恒能量守恒定律指出：能量不会凭空产生，也不会凭空消失，只会由一种形式转为另一种形式。所以输入的总能量等于有用输出加上损耗的能量，损耗多数是热能和声能；转换前后能量总量始终不变。这条定律是分析所有能量问题的基础，应用时没有任何例外，所有装置都必须遵守。
- 计效率效率的计算方法是有用输出能量除以总输入能量，再乘以百分之百，结果必定小于 100%。例如输入 100 焦耳、有用输出 60 焦耳，效率便是 60%；剩下的 40 焦耳并没有消失，而是变成了热和声散失。LED 灯的效率约为四成，远高于钨丝灯的约 5%，两者差距非常明显。
- 损耗从哪里来常见的能量损耗来自摩擦和电阻：机件互相摩擦令动能转为热能，加上润滑油可以减低；电线有电阻，输电时部分电能转为热能散失，所以长途输电要采用高电压以减少损耗。汽车引擎的效率只有约两成半至三成，大部分化学能直接变成热能排走，改善空间仍然很大，是工程研究的重点。
- 提升效率的实例工程师不断设法减少损耗：LED 灯把电能转为光能的效率约四成，远胜钨丝灯的约 5%，换用即能省电；电动车把电池能量转为车轮动能的效率可达九成，明显高于汽油引擎；单车链加润滑油、高铁车头设计成流线型以减低空气阻力，都是从生活到工程层面减少损耗的实例。
4图解 Diagrams
5例题示范 Example
手机充电再玩游戏 — 追踪能量链。
- 充电：发电厂电能 → 化学能（电池储存）
- 玩游戏：化学能 → 电能
- 萤幕＋晶片：电能 → 光能＋热能
- 手机会暖：损耗的热能
- 答案：充电时，发电厂的电能转成电池的化学能储存；玩游戏时化学能转回电能，萤幕和晶片再把电能转成光能和热能，机身发暖正是损耗的热能。整条链是电→化学→电→光＋热，每一步都有部分能量变热散失，所以效率永远小于 100%；作答时按次序写出每步的「输入形式→输出形式」即可得分。并指出效率偏低的原因：部分能量以热能散失。
6常见错误 Mistakes
75 题快测 Quick check
Q1电风扇的能量转换链是什么？
Q2一部机器输入 100J、有用输出 60J，效率 = ?
Q3损耗的能量去了哪里？
Q4钨丝灯泡的能量转换是怎样的？为什么效率极低？
Q5比较电动车与汽油车的能量转换效率。
8重点回顾 Recap
- 能量守恒：只转换，不消失
- 每个装置：输入→输出链
- 效率 <100%，损耗多数是热
- 输入总能量 = 有用输出＋损耗（热、声）
- 例子：电池化学能→电能；摩打电能→动能＋热＋声