Page 6 - DC10510_製圖實習(上)

本 書 導 覽

本章節次 學習目標
建議教學節數：3 節 目標一 認識電池的發電原理
4-1 電池
Chapter 4-2 能源 目標二 認識常見的一次電池
4 生活中的能源 目標四 認識臺灣常見的再生能源
目標三 認識常見的二次電池
目標五 可以描述再生能源發電的原理
在平常的生活中，我們或
許不曾注意到能源的重要性或 1 首頁圖片
是思考能源的來源，但兩百年
來，人類對能源的需求與應用，
與日俱增。兩百年前人們已經 每章之章首圖片藉由生活中實際的
知道如何利用水力，但應用範
圍僅限於汲水灌溉或是研磨穀
物，而主要賴以為生的能源是 相關圖片及描述，幫助學生認識他
木材。到了十九世紀，工商業
逐漸發達，電力普遍成為民生
與工業的主要動力來源，石油
與煤從此取代木材成為人類最 們所學內容的關聯性與學習重點。
重要的能源。然而經過幾次石
油與能源危機後，人們開始對
能源短缺所衍生的政治與經濟
問題感到憂心，能源開發與利
1 用也成為科技發展的重要課題。
2 全新排版 3 化學 A 生活中的化學 3
全新的內容編排，提供學生視覺上 3-3.2 陶瓷磚瓦和玻璃 3-3.3 奈米材料、先進材料
奈 米 是 長 度 單 位， 一 奈 米 是 十 億 分 之 一 公 尺
1 陶瓷磚瓦
（1nm = 10 –9 m）。奈米材料通常泛指結構粒子介於 1～
一 般 可 重 複 使 用 的 餐 飲 盛 具， 例 如： 碗、 碟、 杯、 100 奈米範圍內的材料。
的增強學習與閱讀的便利性，藉此 (a) 陶瓷產品 盆、砂鍋等，其材質多為陶瓷產品（圖 3-12）。陶瓷材料 1 奈米碳管 海砂屋 海砂屋，指的是：蓋
除天然陶瓷土為原料外，也包括石英（SiO 2 ）或化學合成
的金屬鹽類，例如：氧化鋯（ZrO 2 ）、碳化矽（SiC）。 1991 年日本的飯島澄男（Sumio Iijima）製造出奈米 房子使用未經處理的海砂，
海砂可以蓋房子，但是沒
碳管（圖 3-14），是由碳原子構成的中空碳管，管徑僅有 有經過處理，會含有過多
引發學生之學習動機。 固結前有可塑性，通常用石灰（CaO）、砂（SiO 2 ）配合 1 ～ 100 nm。奈米碳管的導電率可遠高於銅，強度可勝於 泥砂雜質，破壞混凝土的
現代都市建築多是鋼筋水泥的結構。水泥是混合物，
強度，容易腐蝕而曝露鋼
(b) 水泥 黏土在高溫下混合燒結而成（圖 3-12）。 鋼鐵，質量輕、彈性佳，且化學性質穩定。 筋，因此海砂屋真正的名
▲ 圖 3-12 陶瓷、水泥是 字是「高氯離子含量的混
生活中常用的材料 2 玻璃 凝土建築物」。由於海砂
中含有氯離子，短期會使
一 般 的 玻 璃， 是 由 白 砂［ 主 要 成 分 為 二 氧 化 矽 牆面滲出白色的痕漬，即
（SiO 2 ）］與碳酸鈉或碳酸鈣經高溫熱熔後，再慢慢冷卻 (a) 管柱狀 俗稱之「壁癌」，長期則
而得。通常玻璃質脆而透明，在燒製時若混入不同的添加 會加速腐蝕鋼筋，造成混
凝土塊剝落，嚴重損害房
物，可改變組成、結構及材料內部的作用力，而製成不同 屋的結構體。
性質與用途的玻璃（圖 3-13），表 3-5 為常見玻璃的添
加物與用途。一般玻璃均可耐酸，但會被鹼溶蝕。至於玻
璃製的定量器具如溫度計、滴定管、量筒等，其上的刻度 (c) 彎曲結構
則是用氫氟酸（HF）蝕刻的，因為矽易與氟離子結合起
(b) 多層結構
反應。 ▲ 圖 3-14 奈米碳管的結構
▼ 表 3-5 常見的玻璃
玻璃 添加物 常見用途
一般玻璃，如玻璃器皿、玻
1 鈉玻璃（普通玻璃）碳酸鈉或氧化鈉
璃窗
▲ 圖 3-13 玻璃製成之藝 2 鉀玻璃（硬玻璃） 碳酸鉀或氧化鉀 硬質玻璃，如強化玻璃、飾 蓮花效應
術品 品或器具 蓮花效應，也稱作荷葉效應，是指蓮葉表面具有超疏水性以及自清的特性。蓮花雖然生長在泥濘的
透光度與折射率均佳，可做
3 鉛玻璃（水晶玻璃）氧化鉛（PbO） 溼地，但其葉子和花仍保持乾淨，這就是自清的效果。植物學家研究蓮葉表面發現它們有一個自然潔淨
精緻的玻璃藝品或光學玻璃 的機制。 2
4 硼玻璃（派熱司） 氧化硼（B 2 O 3 ） 熔點高，膨脹率小，適用於 蓮葉表面布滿約 5～10 μm 高，相距約 10～15 μm 的微小凸塊的蠟質結晶。蓮葉上的蠟質物料是疏
實驗室器皿 水性的，疏水性的意思是不喜歡水。因為這個特性，在疏水性的表面上，水分子傾向於聚在一起形成小
水珠，這樣水分子才能遠離疏水性表面而靠近其他水分子。在蓮葉面上的蠟質物料具疏水性，導致水珠
的形成。這種不喜歡水的作用可以視為一種化學效應，也是因為這個原因造成蓮葉有自清的效果。
1 化學 A 68 6 8 69 6 9
3
2 硫的氧化物
主要為 SO 2 及 SO 3 ，統稱 SO x ；來源為燃
燒煤及石油的火力發電廠（圖 1-24）、製造
აڠ 硫酸的工廠、煉油廠與煉鋼廠的廢氣。暴露在
從天空降於地表的水型態，如 SO 2 中的植物會枯萎，建築物易腐蝕；SO 2 會
雨、雪、冰雹等，這些能溶解空氣中
的二氧化碳及大氣中的物質，因此原 刺激呼吸器官，只要 0.1 ～ 0.2ppm 人體會開
本便呈酸性，其 pH 值約為 5.6。然 始咳嗽、呼吸困難，500ppm 即可致命。SO 2
而，由於空氣汙染日趨嚴重，造成空 在空氣中會氧化成 SO 3 ，遇水會產生硫酸，是
氣裡汙染物質的增加，如二氧化氮
（NO 2 ）或二氧化硫（SO 2 ），因此 造成酸雨的主要原因（臺灣目前的降雨超過
環保署統一定義，當 pH 值低於 5.0 60％是酸雨）。一般雨水會溶有 CO 2 ，其 pH
便稱為「酸雨」，過酸的水型態造成 約 為 5.6， 酸 雨 是 指 pH 值 小 於 5.0 的 雨 水。
生態環境的威脅，因此近年開始受到
重視和呼籲。 酸 雨 中 的 酸 主 要 為 60 ～ 70 ％ H 2 SO 4 、30 ％
HNO 3 、5 ％ HCl， 次 要 為 H 2 CO 3 、H 2 SO 3 、
HNO 2 。
圖 1-24 造成酸雨的原因之一：火力發電廠
▲
3 科普知識
延伸內文中所討論的主題，協助學
生加強重要概念的了解，以幫助學
22
生對此知識有更進一步的了解。
iv