能源化學(xué)工程的概論第一章(編輯修改稿)
2025-02-14 02:27 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 六種能量形式 自然界的一切物質(zhì)都具有能量；能量既不能創(chuàng)造，也不能消滅，而只能從一種形式轉(zhuǎn)換成另一種形式，從一個(gè)物體傳遞到另一個(gè)物體；在能量轉(zhuǎn)換與傳遞過(guò)程中，能量的總量恒定不變 一個(gè)封閉系統(tǒng)中的任何自發(fā)性變化，都必然朝著能量貶值（熵增）的方向發(fā)展，而最后的平衡狀態(tài)，則對(duì)應(yīng)于熵的最大可能值。 能量守恒與轉(zhuǎn)換定律：熱力學(xué)第一定律 能量貶值原理：熱力學(xué)第二定律 能量相互轉(zhuǎn)換 能量守恒與轉(zhuǎn)換定律 James Joule (1818~1889) 能量守恒與轉(zhuǎn)換定律 ?熱力學(xué)第一定律：能量守恒 ?系統(tǒng)的內(nèi)能 =系統(tǒng)吸收的熱量 +對(duì)系統(tǒng)做功 任何處于平衡態(tài)的熱力學(xué)系統(tǒng)都有一個(gè)狀態(tài)參數(shù) U（內(nèi)能）。系統(tǒng)從一個(gè)平衡態(tài)變化到另一個(gè)平衡態(tài)時(shí)，內(nèi)能等于系統(tǒng)吸收的熱量和系統(tǒng)對(duì)外做功之和。 能量貶值原理 ? 能量不僅有量的多少，還有質(zhì)的高低。熱力學(xué)第一定律只說(shuō)明了能量在量上要守恒，并沒(méi)有說(shuō)明能量在 “ 質(zhì) ” 方面的高低。 ? 自然界進(jìn)行的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程是有方向性的。 ? 不需要外界幫助就能自動(dòng)進(jìn)行的過(guò)程稱(chēng)為自發(fā)過(guò)程，反之為非自發(fā)過(guò)程。自發(fā)過(guò)程都有一定的方向 水總是從高處向低處流動(dòng) 氣體總是從高壓向低壓膨脹 熱量總是從高溫物體向低溫物體傳遞 熱力學(xué)第二定律 克勞修斯說(shuō)法： “ 不可能把熱量從低溫物體傳到高溫物體而不引起其它變化 。 ” 開(kāi)爾文說(shuō)法： “ 不可能從單一熱源吸取熱量使之完全轉(zhuǎn)變成功而不產(chǎn)生其它影響 。 ” 能量貶值原理 能源 能源形態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程 轉(zhuǎn)換機(jī)械或系統(tǒng) 水力、風(fēng)力、潮汐、海流、波浪 太陽(yáng)能 機(jī)械能 機(jī)械能 機(jī)械能 機(jī)械能 電能 光能 熱能 光能 熱能 機(jī)械能 電能 光能 熱能 電能 光能 電能 光能 化學(xué)能 光能 生物能 電磁波 電能 水車(chē)、風(fēng)車(chē)。水輪機(jī) —— 發(fā)電機(jī)，波力發(fā)電、風(fēng)力 發(fā)電、潮汐發(fā)電、海流發(fā)電 熱水器，采暖、太陽(yáng)灶 太陽(yáng)能熱發(fā)動(dòng)機(jī)，太陽(yáng)熱發(fā)電 熱力發(fā)電，熱電子發(fā)電 光電池 光化學(xué)電池 光化學(xué)反應(yīng)（水分解）光合成 能源 能源形態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程 轉(zhuǎn)換機(jī)械或系統(tǒng) 核能 核分裂 熱能 機(jī)械能 電能 核分裂 熱能 核分裂 熱能 電能 核分裂 電磁能 電能 核聚變 熱能 機(jī)械能 電能 電能 光（激光） 熱能 電能 熱能 聚變 核發(fā)電，磁流體發(fā)電 核能煉鋼 熱力發(fā)電，熱電子發(fā)電 光電池 核聚變發(fā)電 思考：氫氧化鈉在水中溶解，溫度升高；硝酸銨 在水中溶解，溫度要降低。這兩種物質(zhì)在 溶解過(guò)程中，能量的形式各發(fā)生了怎樣的 轉(zhuǎn)化？ 氫氧化鈉在水中溶解：化學(xué)能 → 熱能 硝酸銨在水中溶解：熱能 → 化學(xué)能 水電站發(fā)電 重力勢(shì)能 動(dòng)能 電能 能量?jī)?chǔ)存 ? 機(jī)械能 ——以動(dòng)能、勢(shì)能形式儲(chǔ)存。 ? 熱能 ——以潛熱、顯熱形式儲(chǔ)存。 ? 電能 ——感應(yīng)場(chǎng)能或靜電場(chǎng)能。 ? 化學(xué)能、核能 ——自身即為儲(chǔ)能形式。 機(jī)械能的儲(chǔ)存 ? 以動(dòng)能形式儲(chǔ)存 （ 1）飛輪 ? 以勢(shì)能形式儲(chǔ)存 （ 1）彈簧、扭力桿和重力裝置 （ 2）壓縮空氣儲(chǔ)能 （ 3）抽水蓄能電站：純抽水蓄能電站 ，混合式抽水蓄能電站 飛輪動(dòng)能儲(chǔ)存系統(tǒng) SatCon飛輪能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)可以提供常規(guī)鉛酸蓄電池 50倍的能量?jī)?chǔ)存容量 NASA 開(kāi)發(fā)的飛輪能量?jī)?chǔ)存技術(shù) 液態(tài)空氣能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng) 電能的儲(chǔ)存 ? 蓄電池 ? 發(fā)展方向：廉價(jià)、高效、能大規(guī)模儲(chǔ)能。 ? 靜電場(chǎng)和感應(yīng)電場(chǎng) （ 1）電容器在直流電路中廣泛用作儲(chǔ)能裝置，在交流電路中則用于提高電力系統(tǒng)或負(fù)荷的功率因數(shù)，調(diào)整電壓； （ 2）高電壓技術(shù)、高能核物理、激光技術(shù)、地震勘探等方面采用的直流高壓電容器； （ 3）超導(dǎo)磁鐵蓄能。 蓄電池作為電能儲(chǔ)存系統(tǒng) 超級(jí)電容器 燃料電池儲(chǔ)能 超導(dǎo)磁能量?jī)?chǔ)存 帶有超導(dǎo)磁鐵的飛輪電力儲(chǔ)存系統(tǒng) 化學(xué)能儲(chǔ)存 ? 一種高能量密度的儲(chǔ)存方法； ? 利用某些物質(zhì)在可逆化學(xué)反應(yīng)中的吸熱和放熱過(guò)程來(lái)達(dá)到熱能的儲(chǔ)存和提取； ? 技術(shù)上困難，目前尚難實(shí)際應(yīng)用。 熱能的儲(chǔ)存 ? 顯熱儲(chǔ)存 ? 潛熱儲(chǔ)存 ? 化學(xué)儲(chǔ)存 ? 地下含水層儲(chǔ)存 能源與環(huán)境 聯(lián)合國(guó)最新公布的研究結(jié)果顯示，在過(guò)去 30年中，雖然國(guó)際社會(huì)在環(huán)保領(lǐng)域取得了一定成績(jī)，但全球整體環(huán)境狀況持續(xù)惡化。國(guó)際社會(huì)普遍認(rèn)為，貧困和過(guò)度消費(fèi)導(dǎo)致人類(lèi)無(wú)節(jié)制地開(kāi)發(fā)和破壞自然資源，這是造成環(huán)境惡化的罪魁禍?zhǔn)住? 全球環(huán)境惡化主要表現(xiàn)在大氣和江海污染加劇、大面積土地退化、森林面積急劇減少、淡水資源日益短缺、大氣層臭氧空洞擴(kuò)大、生物多樣性受到威脅等多方面，同時(shí)溫室氣體的過(guò)量排放導(dǎo)致全球氣候變暖，使自然災(zāi)害發(fā)生的頻率和強(qiáng)度大幅增加。 大氣環(huán)境的三大問(wèn)題 20世紀(jì) 80年代中期，在南極上空發(fā)現(xiàn)了 臭氧空洞 ，它與地球變暖及所謂的 溫室效應(yīng) 和 酸雨沉降 問(wèn)題構(gòu)成全球性的大氣環(huán)境問(wèn)題，明顯地危及全人類(lèi)的生存和繁衍，引起了國(guó)際社會(huì)的高度關(guān)注，使當(dāng)今的世界環(huán)境問(wèn)題具有明顯的時(shí)代特征。 臭氧層的空洞 2022年發(fā)現(xiàn)的臭氧空洞是有史以來(lái)觀測(cè)到的最大一次，達(dá)到 2950萬(wàn) km2的面積 。 ?南極上空的臭氧層是在 20億年的漫長(zhǎng)歲月中形成的，可是僅在一個(gè)世紀(jì)里就被破壞了 60％。 ?目前全球臭氧層削減率正以每年 2%至 3%的速度在進(jìn)行，如果任其發(fā)展，在 21世紀(jì)末，平流層臭氧含量將降至目前的一半以上，屆時(shí)，人類(lèi)將會(huì)面臨一場(chǎng)空前的浩劫 ! 目前，不僅在南極，在北極上空也出現(xiàn)了 臭氧 減少的現(xiàn)象，美、日、英、俄等國(guó)家聯(lián)合觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，北極上空臭氧層也減少了 20%，已形成了面積約為南極臭
電大資料相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1