能量轉換與守恆
基礎能量不會消失，只會由一種形式轉成另一種（能量守恆定律）。電池：化學能→電能；燈泡：電能→光能＋熱能；摩打：電能→動能。每次轉換都有一部分轉變成「沒有用」的熱能，所以效率永遠小於 100%。
- 能量守恆：只轉換，不消失
- 每個裝置：輸入→輸出鏈
- 效率 <100%，損耗多數是熱
§課文原文 Passage
1能量守恆定律指出：能量不會憑空產生，也不會憑空消失，只會由一種形式轉為另一種形式。手電筒是簡單的例子：電池內儲存化學能，使用時轉為電能，燈泡再把電能轉為光能和熱能。分析任何裝置，都可以先問輸入和輸出各是什麼形式的能量，再追蹤能量流動的路徑。
2每次轉換都伴隨損耗：摸一下手電筒的燈罩便感到發熱，那些正是沒有利用價值的熱能。因此效率永遠小於 100%，計算方法是有用輸出能量除以總輸入能量，再乘以 100%。例如輸入 100 焦耳、有用輸出 60 焦耳，效率便是 60%，其餘 40 焦耳並沒有消失，而是變成熱和聲散失。
3損耗主要來自摩擦和電阻：機件互相摩擦令動能轉為熱能，加上潤滑油可以減低；電線有電阻，輸電時部分電能轉為熱能散失，所以長途輸電採用高電壓以減少損耗。不同裝置的效率差別也很大：LED 燈把電能轉為光能的效率約為四成，鎢絲燈只有約 5%；汽車引擎的效率只有約兩成半至三成，大部分化學能直接變成熱能排走。
4工程師的工作正是減少損耗、提升效率：換用 LED 燈即能省電；電動車把電池能量轉為車輪動能的效率可達九成，明顯高於汽油引擎；單車鏈加潤滑油、高鐵車頭設計成流線型以減低空氣阻力，都是減少損耗的實例。學會追蹤能量由哪裡輸入、往哪裡輸出，便明白裝置為什麼會發熱，也明白節約能源其實是減少浪費。
1重點摘要 Summary
能量不會消失，只會由一種形式轉成另一種（能量守恆定律）。電池：化學能→電能；燈泡：電能→光能＋熱能；摩打：電能→動能。每次轉換都有一部分轉變成「沒有用」的熱能，所以效率永遠小於 100%。
2生字卡 Vocabulary
能量不會憑空產生或者消失，只會轉換形式。
物體因運動而具有的能量。
因位置或狀態而儲存的能量，例如高處的水。
有用輸出 ÷ 總輸入 × 100%。永遠 <100%（有損耗）。
儲存在物質之中的能量，例如電池、食物和燃料。
電流攜帶的能量，方便輸送和轉換成其他形式。
燈泡和螢幕輸出的能量形式。
最常見的損耗形式，令裝置變暖，例如摸上手電筒會熱。
摩打和風扇運作時發出的能量，通常屬於損耗。
3逐步講解 Steps
- 追蹤能量鏈分析任何裝置的能量轉換，先問兩個問題：輸入什麼形式的能量？輸出哪些形式？例如電風扇輸入電能，輸出動能，並附帶聲能和熱能——附帶的形式往往就是損耗。裝置用久了會發熱，正是能量損耗的表現；養成先列輸入輸出、再討論效率的習慣，答題便有清晰的結構。
- 常見鏈條幾條常見的能量鏈值得熟記：乾電池內儲存化學能；手電筒把化學能轉為電能，再轉為光能和熱能；電風扇把電能轉為動能和聲能；水力發電則把水的勢能轉為動能，再轉為電能。熟記這幾條，考試遇到相關題目便可以直接套用；另外，太陽能板能把光能直接轉為電能，同樣值得記住。
- 記住守恆能量守恆定律指出：能量不會憑空產生，也不會憑空消失，只會由一種形式轉為另一種形式。所以輸入的總能量等於有用輸出加上損耗的能量，損耗多數是熱能和聲能；轉換前後能量總量始終不變。這條定律是分析所有能量問題的基礎，應用時沒有任何例外，所有裝置都必須遵守。
- 計效率效率的計算方法是有用輸出能量除以總輸入能量，再乘以百分之百，結果必定小於 100%。例如輸入 100 焦耳、有用輸出 60 焦耳，效率便是 60%；剩下的 40 焦耳並沒有消失，而是變成了熱和聲散失。LED 燈的效率約為四成，遠高於鎢絲燈的約 5%，兩者差距非常明顯。
- 損耗從哪裡來常見的能量損耗來自摩擦和電阻：機件互相摩擦令動能轉為熱能，加上潤滑油可以減低；電線有電阻，輸電時部分電能轉為熱能散失，所以長途輸電要採用高電壓以減少損耗。汽車引擎的效率只有約兩成半至三成，大部分化學能直接變成熱能排走，改善空間仍然很大，是工程研究的重點。
- 提升效率的實例工程師不斷設法減少損耗：LED 燈把電能轉為光能的效率約四成，遠勝鎢絲燈的約 5%，換用即能省電；電動車把電池能量轉為車輪動能的效率可達九成，明顯高於汽油引擎；單車鏈加潤滑油、高鐵車頭設計成流線型以減低空氣阻力，都是從生活到工程層面減少損耗的實例。
4圖解 Diagrams
5例題示範 Example
手機充電再玩遊戲 — 追蹤能量鏈。
- 充電：發電廠電能 → 化學能（電池儲存）
- 玩遊戲：化學能 → 電能
- 螢幕＋晶片：電能 → 光能＋熱能
- 手機會暖：損耗的熱能
- 答案：充電時，發電廠的電能轉成電池的化學能儲存；玩遊戲時化學能轉回電能，螢幕和晶片再把電能轉成光能和熱能，機身發暖正是損耗的熱能。整條鏈是電→化學→電→光＋熱，每一步都有部分能量變熱散失，所以效率永遠小於 100%；作答時按次序寫出每步的「輸入形式→輸出形式」即可得分。並指出效率偏低的原因：部分能量以熱能散失。
6常見錯誤 Mistakes
75 題快測 Quick check
Q1電風扇的能量轉換鏈是什麼？
Q2一部機器輸入 100J、有用輸出 60J，效率 = ?
Q3損耗的能量去了哪裡？
Q4鎢絲燈泡的能量轉換是怎樣的？為什麼效率極低？
Q5比較電動車與汽油車的能量轉換效率。
8重點回顧 Recap
- 能量守恆：只轉換，不消失
- 每個裝置：輸入→輸出鏈
- 效率 <100%，損耗多數是熱
- 輸入總能量 = 有用輸出＋損耗（熱、聲）
- 例子：電池化學能→電能；摩打電能→動能＋熱＋聲