建造家园81便利的运输系统82动力与动力机械活动8．2风火轮.doc

 建造家園 8 ? 1 便利的運輸系統 8 ? 2 動力與動力機械 活動8．2 風火輪 8 ? 3 多樣的交通工具 運輸是人類經濟活動的重要媒介，藉由載具與通路，人們可以南來北往、互通有無。而載具必須靠引擎、馬達等動力機械，並藉由齒輪、鏈條、皮帶等傳動裝置的配合，再加上石油、電力等能源提供動力才能正常運作。 隨著科技發展，人類在解決生活問題方面有重大的突破，例如發展智慧型運輸系統改善交通問題、發明微型機械診治疾病等，這些發展將使人類未來的生活有更新的面貌。  　　透過各式交通工具及設施，將人與物從一地運 送到另一地的活動稱為運輸。臺灣常見的運輸方式除了陸運、水運與空運外，尚有管線輸送1。藉由運輸可以跨越空間上的阻隔、縮短時間，例如捷運系統可縮短交通運輸時間，使得住在郊區的人能更快速的 到都市處理事務，因此可避免人口過度集中於都市。 　　運輸對人們日常生活影響重大，舉凡出門購物、上班和休閒旅遊等，常需靠運輸工具來完成。而構成運輸系統的要素，則包括通路、載具、場站、通訊和組織等。 1.通路 　　運輸工具通行的途徑稱為通路，主要是讓運輸工具可以安全且順利的通過，例如高速公路交流道（圖8-1）、飛機的航道、高速鐵路2的軌道3等。 圖8-1 高速公路交流道  2.載具 　　用來裝載和運送人員與物品的運輸工具稱為載具，例如汽車、電車、船舶和飛機等。 3.場站 　　載具暫停的地點稱為場站，例如高速公路休息站、機場和高鐵車站（圖8-2）等。 圖8-2 高鐵 臺中站為具有六股軌道及二個島式月臺之高架式 車站。 4.通訊 　　通訊可以提升運輸的效率，確保運輸的安全，例如高速公路的監控系統、高速鐵路的通訊系統與航空的導航系統等。尤其現代對運輸的載運量需求大、運行速度需求快，所以通訊的地位更顯重要。 5.組織 　　為了發揮運輸的效率，必須將運輸事業的工作人員組織並分工，才能在經濟、安全的原則下，提升運輸效能。例如高速公路的經營管理組織即為高速公路局，掌管高速公路養護、拓建工程、收費及行車安全維護等事項。  　　現今的運輸系統已結合電子通訊技術，將系統中的即時訊息連結分析，用以改善人、載具、通路與運輸系統間的互動關係，形成智慧型運輸系統。例如：高速公路電子收費系統（Electronic Toll Collection），簡稱ETC（圖8-3）。 圖8-3 電子收費系統能縮短繳費時間、提高使用便利性及安 全性，並且降低空氣汙染。  　　生活中常使用的載具有腳踏車、機車、汽車、火車、船和飛機等。載具所使用的能源有許多種類，例如現今汽車大多使用汽油，但仍有少數使用柴油、天然氣或電力為能源。 　　能源運用在機械裝置上可以產生動力，而馬達 與引擎是生活中常見的動力機械，可以將電能或熱 能轉換成機械能。例如驅動馬達將電能轉換成動能 來轉動電扇葉片；汽車引擎將燃燒汽油所得的熱能 轉換成動能帶動汽車前進。 　　一般而言，馬達驅動機器的能力會以輸出功率 來計算，馬達輸出功率的單位為瓦特（W），瓦特數越高代表在單位時間內輸出的功越大；如圖8-4，當馬達在交流電120伏特、頻率60赫茲及可容許之最大電流40毫安培的條件下，其輸出功率為3.7瓦特。 　　馬達的種類繁多，依外加電源不同，可區分為直流馬達和交流馬達。直流馬達用在消費電子產品，例如時鐘（圖8-5）、電動刮鬍刀或遙控汽車等；而大功率的直流馬達則使用在電車、手扶梯或升降電梯等。 　　交流馬達常見於家庭電器及較大型的電動機械，例如洗衣機與起重機等。  　　可以將熱能轉換為機械能的裝置稱為熱機，可 分為外燃機和內燃機兩種。早期蒸汽火車的蒸汽機是一種外燃機，其原理是燃燒煤炭，加熱鍋爐內的水，使水汽化成水蒸氣，推動活塞，產生動力使火車運行（圖8-6）。 圖8-6 加熱鍋爐中的水，產生水蒸氣推動活塞往復運動，經連桿和曲柄轉換成旋轉的運動。如圖中有一個可左右滑動的滑 動閥，首先蒸氣由左方A口進入汽缸左端，推動活塞向右移動，使滑動閥向左連動封住A口，蒸氣轉由右方B口進入汽缸右端，推動活塞向左，因此活塞無論前進或後退都能產生動力。 　　內燃機則常見於汽、機車的引擎，利用汽油或柴油燃燒推動前進。汽、機車的引擎依燃料種類不同，可分為汽油引擎及柴油引擎；如果依運作方式不同，又可分為四行程引擎與二行程引擎。  　　四行程引擎的工作原理，是利用引擎在進氣行程中吸入汽油與空氣混合而成的混合氣，在壓縮行程尾端利用火星塞1點火燃燒產生動力推動活塞運轉，使活塞來回往復運動2次（4個行程），以帶動傳動機構2，使汽車前進（圖8-7）。現代的汽車及重型機車大多使用四行程引擎。 圖8-7 四行程引擎循環示意圖 　　二行程引擎的結構設