质能定律和环境法则

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1、質能定律和環境法則物質(matter)是任何具有質量和佔有空間的東西，是組成所有東西的原料。能量(energy)是一個比較難捉摸的概念，可以定義為做功的能力，或因推拉某種形態的物質而使其產生改變的能力，是你和所有生物用來移動周圍物質並改變其形態的力量。物質和能量的使用和轉換由特定的科學定律所控制，這些基本的物質和能量定律，可幫助了解許多的環境問題，並協助評估這些問題的解決方法o1.物質不滅定律:物有所歸人們提到過消耗或用盡原料資源2但是實際上我們並沒有消耗任何的物質。我們只是暫時借用地球上的資源，將它們從地球取出，

2、帶至另一個地點，加工使用，然後丟棄，再使用或再循環。在物質使用的過程中，我們可能改變它的形態，但是在任何情況下我們都不能創造或破壞物質原有的力量。這個結果來自物質不滅定律：在任何物理或化學的轉變中，物質都不會被創造或毀滅，只是會從一個形態轉變成另一個形態。這個定律告訴我們沒有所謂的「消失」o任何我們認為已經丟棄的東西，實際上仍以另外一種形態存在著。我們利用靜電除塵器等裝置，能夠收集從工廠煙囪排出來的灰塵和煤灰，但是這些固體廢物仍然需要有一個堆置的地方，而且剩下的微小粒子比被除去的固體大粒子更具有損害性。我們需要收集

3、垃圾以維持生活環境的清潔，但是這些廢物不會自動消失掉，我們可能會把它燃燒(也許造成空氣污染)或傾倒至河川、湖泊、海洋(也許會造成水污染)，或在陸地上掩埋(也許會造成土壤污染，若廢物被沖刷或經由土壤滲透至地下水，還會造成地下水污染)o我們可以使用電動車來代替汽車以減低空氣污染，但是因為電池的電會用‧盡，所以這些電動車必須每天充電，我們就必須建造更多的發電廠。假如這些發電廠燃煤，將會增加空氣中更多而且或許更具危險性的污染物；更多的土地將因開採煤礦而傷痕累累，更多的水源將因由煤礦裂縫中滲入的酸性物質而受污染。我們可以使用

4、核子電廠來提供所需要的電力，但是我們卻冒著放射性物質釋放到環境中的危險。雖然我們可以使環境更乾淨，但是物質不滅定律顯示：人們總是面對某類的污染。這意味著人們常須以一種形態的污染去換取另一種形態的污染，這種交換過程牽涉到科學、政治、經濟和道德判斷的抉擇：危險的污染水準是甚麼？污染必須管制到甚麼程度？以及我們願意花費多少金錢來降低污染量至無害水準o2.能量第一定律:有所得就有付出科學家通常將能量分成位能(potentialenergy)及動能(kineticenergy)o動能是因為物質的移動所具有的能量。一個物體的位

5、置所儲存的能量稱做位能。一塊岩石如果掉落，它所儲存的位能將會釋出並且轉化為動能(以機械能和熱的形態)。化學能是儲存在分子鍵中，例如食物和燃料中所儲存的能量。做功牽涉到能形態的轉變，當你快速摩擦雙手就會感到暖和，那是因為摩擦的化學能轉變成熱；當你要拿起一本書時，儲存在你身體中的化學能轉變成機械能，使你的手臂移動而舉起書本，並且還轉化成熱從你的身體釋出。在汽車的引擎中，儲存在汽油裡的化學能轉變成機械能以推動汽車並且產生熱。電池將化學能轉變成電能和熱，在發電廠中，由化石燃料產生的化學能或由鈾核子燃料產生的核能轉變成機械能

6、和熱量，機械能用來轉動渦輪使轉化成電能和更多的熱量，當電能到達普通燈泡的燈絲時，就轉變成光和更多的熱。注意在所有能的轉換中，總有部分的能量以熱的方式喪失在周圍的環境中。從上述例子中，可見任何物理和化學過程中，能量不會被創造或毀滅，而只是從一個形態轉變成另一個形態。一個系統或物質集合體喪失的能量必須與周圍環境獲得的能量相等。這個能量定律適用於所有的系統，不論是生物或非生物體。能量不滅定律在環境學的含義，是指出以能量的量而言，我們不可能不勞而獲。即“天下沒有白吃的午餐”，例如我們常聽說從世界的石油、煤、天然氣和核子燃料

7、(如鈾)礦床中，我們可以得到許多的能量，但是熱力學第一定律告訴我們，可以獲得的能量比所估計的要少。因為我們必須花費能量去取得這些能量。我們必須使用大量的能量去尋找、取出和處理這些燃料。我們能夠依賴的能量只是淨能(netenergy)，這是將資源中的總能量減去取得能量必須花費的能所剩下的可用能o3.能量第二定律：你不可能不賺也不賠根據能量第一定律顯示能量不可能被創造成毀滅，因此也許你會認為我們總是會有足夠的能量。但是能量有高低品位之分，一塊煤或一桶汽油中的化學位能和具有高溫的集中熱能都是高品位能量的形態，因為他們是集

8、中的，所以具有移動或改變物質的有效作功的能力。相反地，分散或較不集中的低溫熱能能夠作功的能力就小多了。在研究過成千上百個熱能在作功過程中的轉變後，科學家發現能量總是會退化成較分散和較無用的形態，通常是變成熱發散至周圍環境中。這是能量第二定律的概念，或稱為能量第零定律。因為能量的品位會在使用過程中逐漸降低，所以地球上集中、有用的能量供應將漸漸枯竭。在汽車內燃引