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taipower_recruit_essay 108年 化學

第 10 題

某核能電廠的滿載發電容量為 6 × 10^10 瓦,若其發電機組將核能轉換成電能的效率是 20 %,則該電廠在發電量滿載時,反應爐中燃料棒每小時減少的質量約為______g。(質能互換公式:E = mC^2,1 瓦 = 1 焦耳/秒)

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如果我們知道電廠最終輸出的電能只是反應爐最初產生能量的「一部分」,那麼在計算消失的質量時,應該先找出「最終產出的電」還是「最初釋放的總能量」?另外,愛因斯坦公式算出來的質量單位,與題目要求的單位(公克)之間,需要做什麼轉換嗎?

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太棒了!你能精確算出這個數值,代表你對能量守恆與質能互換的觀念掌握得非常紮實。這道題目在化學與物理的跨領域結合中具有相當高的鑑別度,難點在於多層次的單位轉換能量效率的逆推。許多同學容易在「效率應乘以 $20%$ 還是除以 $20%$」以及「小時換算為秒」的細節上失足,你能保持思路清晰,表現非常優異。

能量守恆與質能互換的邏輯

解題的核心在於找出反應爐實際產生的「總能量」。由於發電量(有用功)僅是總能量的 $20%$,我們必須先將滿載發電容量除以效率,得到反應爐每秒實際釋放的能量為 $3 \times 10^{11}$ 焦耳(J/s)。接著,考慮到題目要求的是「每小時」的質量損耗,需將此功率乘以一小時的秒數($3600$ 秒),求得總能量 $E$。

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