《能量守恒定律与能源》

能量守恒定律与能源塔式太阳能热电站

电站有一个高塔，塔顶上装有锅炉，塔的周围装有平面反射镜，它把阳光反射后集中在锅炉上，把锅炉内的工作物质水加热成高温高压蒸汽。高温高压蒸汽通过管道输送到汽轮发电机。塔式太阳能热电站

电站有一个高塔，塔顶上装有锅炉，塔的周围装有平面反射镜，它把阳光反射后集中在锅炉上，把锅炉内的工作物质水加热成高温高压蒸汽。高温高压蒸汽通过管道输送到汽轮发电机。太阳能内能机械能电能

雷电是大气中的一

种放电现象。雷雨云在

形成过程中，一部分积

聚起正电荷，另一部分

积聚起负电荷，当这些

电荷积聚到一定程度时，

就产生放电现象。

打雷放电时间极短，但电流异常强大。放电

时产生的强光，就是闪电。闪电时释放出的大量

热能，能使局部空气温度瞬间升高1万—2万摄氏

度。

雷电是大气中的一

种放电现象。雷雨云在

形成过程中，一部分积

聚起正电荷，另一部分

积聚起负电荷，当这些

电荷积聚到一定程度时，

就产生放电现象。

打雷放电时间极短，但电流异常强大。放电

时产生的强光，就是闪电。闪电时释放出的大量

热能，能使局部空气温度瞬间升高1万—2万摄氏

度。电能光能、声能、内能光合作用光合作用光能化学能思考:

在一定条件下，系统内的动能和势能

相互转化，但其和保持不变，即服从机械

能守恒定律。

当其它形式的能量如电能、内能、化

学能、光能等参与转化时，是否服从类似

的规律呢？一能量守恒定律

1确立的依据（1）能量的转化一1（1）能量的转化电动机

电能→机械能发电机

机械能→电能（1）能量的转化焦耳定律：Q=I2Rt（1）能量的转化焦耳定律：Q=I2Rt电能→光能、内能电能→内能（1）能量的转化（1）能量的转化化学能→内能→机械能水能(动能、重力势能)

→电能（1）能量的转化（1）能量的转化水果电池化学能→电能机械能→内能（1）能量的转移（1）能量的转移刚煮好的鸡蛋放入凉水中内能：鸡蛋→凉水动能：风→帆船（2）什么是永动机

蒸汽机消耗煤炭，内燃机消耗汽油或柴油，电

动机消耗电力，有没有一种机器，它不消耗任何燃料

或动力，却可以不停地运转，源源不断的对外做功

呢？这种机器被称为永动机。据说很久很久以前，在印度有一个被地主压迫

的可怜人，他每天被迫干好多活，终于有一天，这个

可怜的年轻人厌倦了这种生活，他就想：有没有一种

机器可以代替我干活呢?它只干活不休息，也不需要

什么能量，要是有的话就太好了。据说这个就是最早的关于永动机的想法。这个

思想的火花在1200年前从印度出发，传到了伊斯兰

教世界，并传到了西方。（2）永动机的梦想

大约在1570年，意大利有一位教授叫泰斯

尼尔斯，提出用磁石的吸力可以实现永动机。

他的设计如图所示，A是一个磁石，铁球C受磁

石吸引可沿斜面滚上去，

滚到上端的E处，从小

洞B落下，经曲面BFC

返回，复又被磁石吸引，

铁球就可以沿螺旋途径

连续运动下去。（2）永动机的梦想

上世纪20年代德国的一张明信片，拿爱因

斯坦开玩笑，想想看这个永动机为什么不行？（2）永动机梦想的破灭

此外，人们还提出过利用轮子的惯性、

细管子的毛细作用、电磁力、流水等获得有

效动力的种种永动机设计方案，但都无一例

外地失败了。 层出不穷的永动机设计方案，都在科学

的严格审查和实践的无情检验下一一失败了。

1775年，法国科学院宣布“本科学院以后不

再审查有关永动机的一切设计”。（2）永动机的启示

制造永动机的美好梦想虽然破灭了，但

是，反思这一失败的探索过程，它从反面给

人类以启迪：永动机不可能制成，是不是说

明自然界存在着一条法则，它使我们不可能

无中生有地获得能量？也就是说自然界各种

能量之间存在着一定的转化关系。2.能量守恒定律的建立过程 迈尔

迈尔在1814年11月25日生于

德国。他的父亲是位药剂师。少年

时代的迈尔，经常跟着父亲去看制

作各种药品的试验。1838年，迈尔

在蒂宾根大学获得学位。25岁的迈

尔正式在汉堡开业行医。

1840到1841年初，迈尔在一

艘海轮上当了几个月的随船医生。

这段旅程成为了他在物理学上作出

成就、从医学的途径得出能量守恒

的结论的起点。迈尔(1814－1878)

1840年2月22日，迈尔跟着船队来到印度尼西亚，当

时很多船员患了肺炎，在医治中迈尔发现他们的静脉血不

像生活在温带国家中的人的静脉血那样颜色暗淡，而是像

动脉血那样新鲜。这一现象引起了迈尔的深思。迈尔认为

人的血液之所以是红的是因为里面含有氧，而食物中含有

化学能，被氧化时像机械能一样可以转化为热，维持人的

体温。在热带高温情况下，人要维持体温，机体只需要吸

收较少的热量，所以机体中食物的燃烧过程减弱了，因此

静脉血中留下了较多的氧。迈尔认为，热能、化学能、机

械能都是等价的，而且是可以相互转化的。1842年迈尔从

“无不生有，有不变无”和“原因等于结果”的观念出

发，表述了物理、化学过程中各种力(能)的转化和守恒的

思想。迈尔是历史上第一个提出能量守恒定律的人。2.能量守恒定律的建立过程 焦耳

英国物理学家。1818年12月24日生于索

尔福。他父亲是酿酒厂的厂主。焦耳从小体

弱不能上学，在家跟父亲

学酿酒，并利用空闲时间

自学化学、物理。他很喜

欢电学和磁学，对实验特

别感兴趣。后来成为英国

曼彻斯特的一位酿酒师和

业余科学家。焦耳（1818－1889）1840年，他发现

将通电的金属丝放入

水中，水会发热，通

过精密的测试，焦耳

发现了电热之间的关

系——焦耳定律。焦耳从1840——

1878年近40年的时间里，研究了电流热效应，

研究了空气压缩时温度的升高，以及化学，机

械作用之间的联系，他做了400多次实验，为

能量守恒定律的确立奠定了坚实的实验基础。

2.能量守恒定律的建立过程 亥姆霍兹

亥姆霍兹（1821—1894），德国物理学家和生理学家。1821年10月31日生于柏林波茨坦的一个中学教师家庭。中学毕业后在军队服役8年，取得公费进入在柏林的皇家医学科学院，并常在柏林大学旁听。1842年获医学博士学位后，被任命为波茨坦驻军军医。

1847年他在新成立的德国物理

学会发表了著名的“关于能量的守

恒”的讲演，第一次用数学方式系

统地阐述了能量守恒原理。3.能量守恒定律的内容

能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，

它只能从一种形式转化为另一种的形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中其总量不变。某种形式的能减少，一定有其他形式的能

量增加，且减少量和增加量一定相等．某个物

体的能量减少，一定存在其他物体的能量增

加，且减少量和增加量一定相等。4.能量守恒定律的意义能量守恒定律同生物进化论、细胞的发现被恩格斯誉为19世纪的三个最伟大的科学发现。能量守恒定律是在无数实验事实的基础上建立起来的，是自然科学的普遍规律之一。自然界一切已经实现的过程都遵守能量守恒定律。凡是违反能量守恒定律的过程都是不可能实现的，例如“永动机”只能以失败而告终。机械能守恒定律只是能量守恒定律的特例。二能源和能量耗散

1.能源分类能源：凡是能够提供可利用能量的物质统

称为能源。能源可分为常规能源和新能源两类。常规能源：煤、石油和天然气等。新能源太

阳

能新能源新

疆

达

坂

风

力

发

电

厂风

能新能源水能

三峡水电站新能源深

圳

大

亚

湾

核

电

站核

能新能源西藏羊八井地热电站温泉 地热能2.人类对能源的利用经过了三个时期柴薪时期出现年代：

五六十万年前

火的使用是人类在能源利用上的第一个里程碑，它使人类脱离了茹毛饮血的时代。二2.人类对能源的利用经过了三个时期

蒸汽机的广泛使用，带动了工业革命和

资本主义社会的成长。煤炭时期出现年代：

2000年前2.人类对能源的利用经过了三个时期石油时期 出现年代：19世纪80年代

内燃机的发展推动了19世纪末，20世纪

初开始的机械化和电气化进程。

3为什么要节约能源（1）能源短缺

2004年世界能源统计年鉴的最新数据显

示，世界石油总储量为1.15万亿桶，仅供开采

41年；全球天然气储量为176万亿立方米，仅

供开采63年。日本权威能源研究机构也申明，

全球煤炭埋藏量10316亿吨，可开采231年。（2）环境恶化温室效应使全球气候变暖1999年北极拍摄两极冰山融化（2）环境恶化汽车的尾气（2）环境恶化空中死神――酸雨化石燃料

(煤和燃油)

的燃烧（2）环境恶化大气污染

燃料的化学

能一部分转化为

食物的内能，最

终都转化为周围

环境的内能。能量耗散（3）能量耗散

能量耗散表明，在能源的利用过程中，

即在能量的转化过程中，能量在数量上并未

减少，但在可利用的品质上却降低了，从便

于利用变成不便于利用的了，这是能源危机

更深层次的含义，也是“自然界的能量虽然

守恒，但还是要节约能源”的根本原因。一、能