第二章作業

2-1 What is science?

科學是收集數據和發展的理論 、模式 、法律性質。也是冒險的人類精神。 它基本上是一個藝術的企業，在大程度上刺激了好奇，擔任主要由紀律想像力，主要基於信仰的合理性，秩序，和美麗的宇宙。說明科學研究的過程 : 提問 →文獻回顧→ 提問一個能被調查的問題→ 執行一個實驗去回答問題或收集數據 →分析數據 → 能被接受的數據
→提議一個假設去解釋數據→ 使用理論去做可試驗的預測→假設被科學家驗證將會變成理論
可以被科學成果接受的3種理論 : 1.懷疑主義 2.同行意見 3. 重做可得相同成果

這些論文經過了下面幾點的過程，1.辨識問題、2.找出這個問題已經知道的部份、3.提出一個問題來調查、4.做出一個實驗或著是收集資料來回答這個問題、5.提出假說來解釋這些資料、6.做一些可以測試的預測、7.測試先前的預測、8.接受或拒絕這些假說，這一連串的步驟可以用來瞭解大自然的定律，做且做出測試，來確定這些定律是否正確，這些學說和定律對科學來說是很重要的一部分，這些科學上的結果可能是暫時性的又或者可信和不可信的，而這些不可信的我們可以提出某些問題來揭露，例如這個實驗設計是否優良？他們做過足夠的測試嘛？有沒有更好的科學解釋等等....如果以上的問題都是確定的那麼這個學說可以被分類為可信的。環境科學就有一些限制因素存在，一科學家可以證實某些事情是假的，但是卻不能證實事情是絕對的，因為通常會有一些設備上觀察上或者是典範存在著一些不確定的因素。第二點科學家是人類沒有辦法完全公平的去設立某些論點。第三點環境的現象包含著巨大的變數和複雜的互動，有些無法直接測試而是用電腦計算，例如每年有多少森林被砍伐。

2-2 What Is Matter?

物質是由1.元素及2.化合物組成，它們組成1.原子、2.離子和3.分子。元素最重要的是研究環境科學。我們所研究的環境科學從基本的層面來看，彌補生活和環境的種種問題。什麼是純物質，純物質包含元素及化合物。混合物，多種不成比例的物質所組成的，自然中的物質都是由這些所組成。
物質是由元素和化合物所組成的，物質他佔有空間，而元素例如金他是不能被分割的，化合物則是結合了兩種或兩種以上元素所組成的，我們的身體重量和大部分活著的東西幾乎都是由氧碳氫氮所組成的，物質又可以在細分，他們有原子、離子、分子，第一個要介紹的是原子:"所有的元素都是由原子組成"這是原子學說的內容，但是現在發現原子又可以在細分成電子質子中子，每個元素都有他們獨特的原子序，把質子數+中子數就是原子序，第二個要介紹的是離子當一個正常的原子少掉一個或更多個電子的時候就變成了離子，而離子對我們的環境科學也很重要，舉個例子就像是NO3-，這個離子是植物生長的必需品，而他們可以用酸鹼值來檢測，第三個是分子，它們是有兩個或兩個以上的原子組成，化學家用化學式來表達這些分子，而大部分存在我們體內的我們稱為有機化合物，他們最少擁有二個碳原子和其他原子所組成，其他的則是稱為無機化合物。還有高品質物質和低品質物質，高品質物質經常可以在地球表面找到，但是低品質則經常要在身處才可看見。

2-3 How can matter change?

物質的改變包含1.化學變化.2.物理變化.3.原子核的改變
原子核的改變包含1.核分裂2.核融合3.放射性元素的衰退
我們不能夠創造或毀滅物質


利用物理變化,化學變化,原子核的改變使物質改變
1.物理變化:物質狀態改變其本質不變
2.化學變化:物質的本質改變。1.反應前後物質的種類和數目不變 2 .反應前後分子的種類不同 3.反應時有能量的變化

有哪些法可以改變物質 ?
總共可以分為三大類
1.物理變化
當一個東西進行物理變化的時候，他的化學成分分子離子都不會改變，例如就像是冰塊融化成水，它還是水只不過從固態變成了液態而已，本質並未改變，而且物理變化是可以再回復的例如水可以再拿去結成冰。
2.化學變化
化學變化就是分子重新組合排列，但是本身的原子並沒有被破壞，化學家用化學式來表達化學變化例如就像C+O2→CO2 +能量。
3.核變化
核變化又可以分為三種第一種放射性衰變大自然中，,存在有各種天然放射性元素，仍是不穩定的，這些不穩定的原子，會藉由"自動"放射出粒子或電磁波，使它的原子核能量降低，趨向穩定。第二種核分裂重原子核分裂成兩個較輕原子核，此過程中的部分質量轉換為能量。第三種核融合兩個較輕的原子核在高溫的條件下，可以融合成一個較重的原子核核分裂與核融合皆因反應後的總質量較反應前減少而釋放出巨大的能量。
我們可以經由物理變化或化學變化來改變一個元素或者是化學物，但是我們不能創造或者是毀滅任何一個原子，我們能做的只是把化合物分開變成元素又或者是把元素結合變成化合物，這點就是原子不滅定律:在物理變化或者是化學變化的時候沒有一個原子被創造或者被毀滅，我們可以重複利用或者是回收一些東西，但是這個定律告訴我們我們將永遠面對我們製造出來的廢棄物。

2-4 What is energy and how can it change its form?

能源以多種形式出現，包含1.動能2.電磁能3.電能
每次能量的損耗也帶隨著熱能的消耗
例如 : 太陽能 轉變 化學能 轉變 機械能都伴隨著熱能的消耗
什麼是能源 ，如何改變其形式??
能源來自多種形式 ，包含動能.電磁能. 位能 ，可利用高位能和低位能改變其形式。
能量是作功和熱的主要來源，我們平常在移動書本或者是煮食物都是在作功，能量可以分成兩種形式，第一種是動能就像我們移動物質，因為物質發生了位置的改變和擁有了速度，譬如在流動的水，還有一種形式的動能就是溫度，當兩個不同溫度的物質碰觸在一起時，溫度高的就會把能量傳給溫度低的，這也是動能，電磁輻射也是動能的一種 。
第二種是位能，可以被稱為貯存能，位能通常被貯存起來，例如我們手上握著煤礦，他並未被點燃，能量就以汽油分子的形態貯存在煤礦中，位能可以被轉換成動能，例如我們手上拿著書不動那他就被貯存成位能，但是如果我們手放開書往下掉落，有了速度和位置的改變，那他就以動能的形式被釋放了出來 。
能量品質是指我們做更有效的功的來源，高品質的能量可以讓我們做出更多有效的功，例如陽光或者是燃燒天然氣等等...相對的也有低品質能量，例如物質在移動中有很多的熱能散失了，所以他的溫度是低的，就像大西洋所貯存的熱比所有貯存在大西洋的高品質化學能石油還要多得多，但是因為散布在大西洋的熱能實在是太分散了，所以他無法被用來移動物質或者是加熱。
另外能量在改變成另一種形式的時候他們都遵守兩個定律，第一點是當能量被轉換成另一種形式，不管是藉由物理變化又或者是化學變化，他們在這之中都不會有能量被創造又或者是被毀滅，這就是能量守恆-輸入的能量會等於輸出的能量，但是為什麼我們總是覺得能量不見了?那其實是因為能量的品質，當我們一開始使用能量和我們使用結束後，我們通常都會得到較少的能量，那就是第二定律，那是因為我們還無法百分之百的使用任何能量，導致我們在使用能量的時候很有大的一部分都直接被我們散失在空氣中，例如我們在使用電能時只有5%是被我們完全利用，而其餘的95%則是變成熱能散失掉了。
這告訴了我們最簡單和快速的得到更多能量的方法是停止浪費更多的能量，例如使用高效燃料的車輛或者是更有效的利用太陽等天然資源來替我們製造更多能量。

2-5 How can we use matter and energy more sustainably?

今日工業化社會大量的浪費物質和能量 ，我們應該做好回收和物質的重複使用。
我們應該做好1.物質回收和2.重複利用3.盡量避免能源的浪費,我們應該做好4.節能。
現在的高科技社會浪費了太多的能量，因為人口快速的增加和大量的浪費，我們很快就會面臨沒有能量供我們使用的問題，我們現在可以解決這個問題，物質再回收利用和節約和人口控制，這樣可以減少我們不必要的能源浪費，這樣我們可以更有效率的使用和減少浪費。