第4节能源与可持续发展

1、第4节 能源与可持续发展山东海阳核电站山东海阳核电站 既然能量是守恒的，即不能被创造也不能被既然能量是守恒的，即不能被创造也不能被消灭，只能从一个物体转移到另一个物体，或者消灭，只能从一个物体转移到另一个物体，或者从一种形式转化为另一种形式，为什么我们还要从一种形式转化为另一种形式，为什么我们还要提倡节约能源呢？提倡节约能源呢？机械能可以全部转化为机械能可以全部转化为内能，而内能不可能全内能，而内能不可能全部转化为机械能而不引部转化为机械能而不引起其他变化，即热机的起其他变化，即热机的效率不可能达到效率不可能达到100%100%。例如：一辆行驶的小轿车，燃料燃烧产生的内能有例如：一辆行驶的小轿

2、车，燃料燃烧产生的内能有37370 0/ /0 0通过发动机散热系统排除，有通过发动机散热系统排除，有37370 0/ /0 0直接由排气直接由排气管排出，还有管排出，还有26260 0/ /0 0变为发动机输出的机械能变为发动机输出的机械能, ,真正真正用于做有用功的能量不到输入能量的用于做有用功的能量不到输入能量的1313。一、能量的转化效率一、能量的转化效率能量的转化效率能量的转化效率 为了衡量机器能将多少输入的能量转化为为了衡量机器能将多少输入的能量转化为有用的能量，提出了有用的能量，提出了“能量转化效率能量转化效率”，它是，它是转化为有用的能量跟输入能量的比值。转化为有用的能量跟输入

3、能量的比值。 转化效率转化效率= = 100%100%有用能量输入能量蒸汽机的效率非蒸汽机的效率非常低，仅有常低，仅有3 36 森林里有一只森林里有一只10kg的小猴为逃避攻击，从地面的小猴为逃避攻击，从地面竖直向上一跃抓住了高于地面竖直向上一跃抓住了高于地面1.6m的树枝。若小猴的树枝。若小猴抓树枝时的速度恰好为零，在不考虑小猴身体高度抓树枝时的速度恰好为零，在不考虑小猴身体高度的情况下，（的情况下，（1）小猴刚离开地面的速度？（）小猴刚离开地面的速度？（2）小）小猴向上跳跃时能量的利用率是猴向上跳跃时能量的利用率是90，则小猴向上跳，则小猴向上跳跃时至少要消耗多少能量？跃时至少要消耗多少能

4、量？（1）5.6m/s(2)174.2J寒冷的冬天，我们用电或煤取暖寒冷的冬天，我们用电或煤取暖可以看出，由于取可以看出，由于取暖和使用电器，室暖和使用电器，室内温度比室外高。内温度比室外高。热量散失到室外后，热量散失到室外后，是不能被回收并重是不能被回收并重新利用的。新利用的。一座房屋的红外线照片一座房屋的红外线照片手握冰块，内能从手转移到冰块手握冰块，内能从手转移到冰块运行中的汽车，发动机温度会升高，运行中的汽车，发动机温度会升高，要有专门的冷却系统给发动机降温要有专门的冷却系统给发动机降温 燃料燃烧时，一旦把自己的热量释放出去，它燃料燃烧时，一旦把自己的热量释放出去，它就不会再次自动聚集

5、起来供人类重新利用，电池中就不会再次自动聚集起来供人类重新利用，电池中的化学能转化为电能，它又通过灯泡转化成内能和的化学能转化为电能，它又通过灯泡转化成内能和光能，热和光被其他物质吸收后变为周围环境的内光能，热和光被其他物质吸收后变为周围环境的内能，我们无法把这些内能收集起来重新利用。这种能，我们无法把这些内能收集起来重新利用。这种现象叫做现象叫做能量的耗散能量的耗散。 能量的耗散从能量转化的角度反映出自然界能量的耗散从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程都具有方向性。中宏观过程都具有方向性。 正是因为能量转化的方向性，能量的利用受正是因为能量转化的方向性，能量的利用受这种方向性的制约，所以能

6、量的利用是有条件的，这种方向性的制约，所以能量的利用是有条件的，也是有代价的。不可能把内能全部转化为机械能也是有代价的。不可能把内能全部转化为机械能而不引起其他的变化。而不引起其他的变化。 燃料的化学能一部分燃料的化学能一部分转化为食物的内能，转化为食物的内能，最终都转化为周围环最终都转化为周围环境的内能而散失，不境的内能而散失，不能被我们再利用。能被我们再利用。能量耗散与能量守恒是否矛盾，该怎样理解能量耗散与能量守恒是否矛盾，该怎样理解? ? 能量耗散和能量守恒并不矛盾，能量耗散表能量耗散和能量守恒并不矛盾，能量耗散表明，在能源利用的过程中，即在能量的转化过程明，在能源利用的过程中，即在能量

7、的转化过程中，能量在数量上并没有减少，但是可利用的品中，能量在数量上并没有减少，但是可利用的品质降低了，从便于利用变为不便于利用了。这是质降低了，从便于利用变为不便于利用了。这是节约能源的根本原因。节约能源的根本原因。 这说明能量的耗散从能量转化的角度反映出这说明能量的耗散从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程具有方向性自然界中宏观过程具有方向性 二、能量转化和转移的方向性二、能量转化和转移的方向性1.1.内能总是自动地从高温物体向低温物体转移，而内能总是自动地从高温物体向低温物体转移，而不能自发地从低温物体向高温物体转移。不能自发地从低温物体向高温物体转移。2.2.机械能可以完全转化为内能，

8、而内能不可能自动机械能可以完全转化为内能，而内能不可能自动地、并不引起任何变化地完全变为机械能。地、并不引起任何变化地完全变为机械能。3.3.与温度有关的现象叫做热现象凡是与与温度有关的现象叫做热现象凡是与热现象热现象有有关的一切宏观过程都是有方向性的，不可逆的。关的一切宏观过程都是有方向性的，不可逆的。火力发电厂火力发电厂海上石油平台海上石油平台三、能源开发与可持续发展三、能源开发与可持续发展化石燃料的开发和利用化石燃料的开发和利用浓烟滚滚的工厂浓烟滚滚的工厂酸雨毁坏的森林酸雨毁坏的森林水土流失水土流失 土地荒漠化土地荒漠化能 源 的 大 量能 源 的 大 量消 耗 ， 严 重消 耗 ， 严

9、 重破 坏 了 我 们破 坏 了 我 们赖 以 生 存 的赖 以 生 存 的环境环境中华人民共和国节约能源法中华人民共和国节约能源法 为了推动全社会节约能源，提高能源利用效率，为了推动全社会节约能源，提高能源利用效率，保护和改善环境，促进经济社会全面协调可持续发保护和改善环境，促进经济社会全面协调可持续发展，制定本法。展，制定本法。 可持续发展要求把发展多元结构的能源系统作可持续发展要求把发展多元结构的能源系统作为今后世界能源发展的战略，也就是要注意开发多为今后世界能源发展的战略，也就是要注意开发多种能源资源，减少对矿产能源的依赖，优先开发太种能源资源，减少对矿产能源的依赖，优先开发太阳能、风

10、能、地热能、海洋能、生物质能等能源。阳能、风能、地热能、海洋能、生物质能等能源。新能源的开发和利用新能源的开发和利用地热发电站地热发电站水力发电站水力发电站太阳能发电站太阳能发电站大亚湾核电站大亚湾核电站风风 力力 发发 电电 站站丰富的新能源丰富的新能源可燃冰可燃冰 科学家发现一种特定低温高压条件下形成并稳科学家发现一种特定低温高压条件下形成并稳定存在，广泛存在于浅海底层沉积物和深海大陆斜定存在，广泛存在于浅海底层沉积物和深海大陆斜坡沉积地层以及高纬度极地区永久冻土层中的天然坡沉积地层以及高纬度极地区永久冻土层中的天然气水合物气水合物一种似冰状的白色固体物质，因含有一种似冰状的白色固体物质，

11、因含有大量甲烷而可燃，所以也被称为大量甲烷而可燃，所以也被称为“可燃冰可燃冰”。科学。科学家测算，家测算，1m1m3 3的天然气水合物，在常温常压下可释放的天然气水合物，在常温常压下可释放164m164m3 3甲烷气体和甲烷气体和0.68m0.68m3 3的淡水。甲烷是人们可以用的淡水。甲烷是人们可以用来燃烧发电的可燃气体，而且燃烧后几乎不产生任来燃烧发电的可燃气体，而且燃烧后几乎不产生任何污染物质。何污染物质。要使可燃冰早日造福于人类，关键是要找出安全要使可燃冰早日造福于人类，关键是要找出安全有效的开采方法。目前考虑的开采方案有几种：有效的开采方法。目前考虑的开采方案有几种：热解法和降压法，

12、两者分别利用可燃冰温度高或热解法和降压法，两者分别利用可燃冰温度高或压力低时即分解的特性，使其由固态物质中分解压力低时即分解的特性，使其由固态物质中分解出甲烷气体出甲烷气体。能能 源源 分分 类类（1 1）从人类开发能源的历史分类）从人类开发能源的历史分类常规能源：如煤、石油、天然气、水能等常规能源：如煤、石油、天然气、水能等新能源：如核能、风能、太阳能、地热能、新能源：如核能、风能、太阳能、地热能、海洋能等海洋能等（2 2）从使用分类）从使用分类一次能源：如煤、石油、天然气、水能、风一次能源：如煤、石油、天然气、水能、风能、生物质能、海洋能等能、生物质能、海洋能等二次能源：如电能、氢能、焦炭

13、等二次能源：如电能、氢能、焦炭等（3 3）从能否再生分类）从能否再生分类可再生能源：如水能、风能等可再生能源：如水能、风能等不可再生能源：如石油、煤等不可再生能源：如石油、煤等（4 4）从对环境的影响分类）从对环境的影响分类清洁能源：如太阳能、风能等清洁能源：如太阳能、风能等非清洁能源：如煤、石油、天然气等非清洁能源：如煤、石油、天然气等例例1.1.下列对能的转化和守恒定律的认识正确的是下列对能的转化和守恒定律的认识正确的是（ ） A A某种形式的能减少某种形式的能减少, ,一定存在其他形式的能增加一定存在其他形式的能增加B B某个物体的能减少某个物体的能减少, ,必然有其他物体的能增加必然有

14、其他物体的能增加C C不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器永不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器永远不可能制成远不可能制成D D石子从空中落下石子从空中落下, ,最后停止在地面上最后停止在地面上, ,说明机械能说明机械能消失了消失了ABCABC例例2.2.在能源的利用过程中，即在能量在能源的利用过程中，即在能量_的过的过程中，能量在数值上并未程中，能量在数值上并未_，但可利用的品，但可利用的品质降低了，从便于利用的变为质降低了，从便于利用的变为_的的了。这是能源危机更深层次的含意，也是了。这是能源危机更深层次的含意，也是“自然自然界的能量虽然守恒，但还是要节约能源界的能量虽然守恒，但还

15、是要节约能源”的根本的根本原因。原因。转化转化减少减少不便于利用不便于利用1 1在一间隔热很好的密闭房间中，把正在工作在一间隔热很好的密闭房间中，把正在工作的电冰箱门打开，室内空气温度将的电冰箱门打开，室内空气温度将 ( ) ( ) A A升高升高 B B不变不变C C降低降低 D D不可能升高不可能升高A A2. 2. 下列哪种发电方式对环境的影响最小（ ） A A火力发电 B B核电站C C水力发电 D D内燃机带动发电3.3.下列什么能源对人类的污染影响较小（ ） A A煤 B B石油C C天然气 D D核能C CD D3.3.人的身体在最佳状态下，只能把人体化学能的人的身体在最佳状态下

16、，只能把人体化学能的2525转化为有用的机械能。假如一位质量为转化为有用的机械能。假如一位质量为60 kg60 kg的登山的登山运动员恰好具有这样的转化效率，若他平均每小时登运动员恰好具有这样的转化效率，若他平均每小时登高高500 m500 m，那么，他在，那么，他在5 h5 h内共消耗的化学能为多少？内共消耗的化学能为多少？(g(g取取10 m/s10 m/s2 2) )【解析】【解析】设运动员克服重力做功的功率为设运动员克服重力做功的功率为P P1 1，则则P P1 1= mgh/t= mgh/t1 1 (t (t1 1=1 h)=1 h)，则人体消耗化学能的功率则人体消耗化学能的功率P P2 2= P= P1 1/(/(为转化效率为转化效率) )。因此因此P P2 2=mgh/=mgh/t t1 1 ，运动员在，运动员在5 h5 h内共消耗的化学能内共消耗的化学能E=PE=P2 2t t2 2= 6= 610106 6 J J。4.4.下列过程中，可能发生的是（ ） A A某工作物体从高温热源吸收50kJ50kJ的热量，全部转化为机械能而没有产生其他任何影响B B打开一高压密闭容器，其内的气体自发溢出后又自发进入容器中，恢复原状C C利用其他方法，使低温物体向高温物体传热D D将两种不同颜色的液体自发混合，然后又能自发