【正文】 2020年 11月 25日，在德國法蘭克福附近的一個發(fā)電廠上空，一道彩虹劃過被污染的廠區(qū)。 新疆達板城風力發(fā)電站 興望農(nóng)牧沼氣工程建設(shè)項目，是農(nóng)業(yè)部 2020年批準建設(shè)的種豬場大型沼氣發(fā)電能源環(huán)保示范工程，該沼氣工程年處理豬糞尿 25000噸，年產(chǎn)沼氣 ，年發(fā)電 69萬度，沼站年收入 西藏羊八井地熱發(fā)電站外貌 大亞灣核電站 秦山核電站 這是 2020年 6月 27日，桔紅色的晚霞浮現(xiàn)在澳大利亞悉尼納拉賓海灘的上空。 五、課后作業(yè) 你周圍使用能源中有哪些不安全因素？對環(huán)境有哪些影響？如何可以改進？ 太陽能光電 太陽熱能 江廈潮汐試驗電站－－中國規(guī)模最大的潮汐電站。無論今 后同學們致力于哪一方面的工作，今天 我們所形成的意識都會大有必要。但是，它們都 會受自然條件和資源條件的制約隨著人們需求的增長，可以說，這前 6能源 的供應(yīng)量必然不能滿足要求，所以核能成為人們關(guān)注的焦點。此外 ， 太陽能 、 風能 、 地熱資源也較為豐富 ， 有望很好地開發(fā)利用 。 天然氣累計探明地質(zhì)儲量為 。 水能資源是四川未來經(jīng)濟發(fā)展的重要支柱 。 其中水能資源最為豐富 ， 技術(shù)可開發(fā)量 、 經(jīng)濟可開發(fā)量 、 開發(fā)利用規(guī)模均居全國首位 。我國已建成秦山、 大亞灣核電站，目前還有多處正在籌建。鈾的和 平用途十分廣泛，其中最主要的是用作核電反應(yīng)堆的燃料。 遺憾：很大程度上受地域因素的制約 二、開發(fā)新能源－－迫在眉睫 核能： 主要利用物是鈾、釷、钚等發(fā)射性元素 鈾在自然界中有三種放射性同位素： U23 U23 U234 ，在衰變過程 中放出熱量。主要分布在云南、西藏、河北等省區(qū)。 據(jù)美國地熱資源委員會（ GRC） 1990年的調(diào)查，世界上 18個國家有地熱發(fā) 電，總裝機容量 ，裝機容量在 100兆瓦以上的國家有美國、菲 律賓、墨西哥、意大利、新西蘭、日本和印尼。 遺憾： 機械化程度低，規(guī)?；a(chǎn)受限制， 在城市 難以普及應(yīng)用 二、開發(fā)新能源－－迫在眉睫 地熱能： 用地熱采暖、將地熱用于農(nóng)業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)、工業(yè)生產(chǎn)等， 在全世界范圍內(nèi)受到關(guān)注。在農(nóng)村 到處可以看到許多生物質(zhì)的廢棄物，如人畜糞便、秸稈、雜草和不能 食用的果蔬，等等。 遺憾：能量密度低、穩(wěn)定性、連續(xù)性、可靠性差，時空分布不均勻 二、開發(fā)新能源－－迫在眉睫 生物質(zhì)能（沼氣）： 利用厭氧微生物在密閉條件下分解（廢 棄）有機物，產(chǎn)生沼氣，沼氣具有很高的熱值，燃燒后生成二氧化碳 和水，不污染空氣，不危害農(nóng)作物和人畜健康。其中 1/10為可取用的極限量。 遺憾：受地域影響較大、內(nèi)陸地區(qū)無法應(yīng)用 二、開發(fā)新能源－－迫在眉睫 風能： 利用風的機械能發(fā)電，風能是一種重要的自然能源。 此外，由于海水表層和深層間的存在很大的溫差，利用這種溫差也可以發(fā) 電。我國建有葛洲壩、三峽水 力發(fā)電站等設(shè)施利用水能 遺憾：受地域、氣候影響較大，干旱缺水地區(qū)無法應(yīng)用 二、開發(fā)新能源－－迫在眉睫 海洋能： 由于地球受月球和太陽引力的周期性不均衡，海水發(fā)生非 氣候性的漲潮和落潮現(xiàn)象，形成潮汐。地表水的流動時，在落差大、流量大的地區(qū)，形成可利用的水能 資源。 遺憾：經(jīng)過大氣的反射、散射和吸收，能量損失較大，受陰天、晝夜變 化和雨雪等降水過程的影響。比較常見的光電池是硅電池（它能將 13%20%的日光能轉(zhuǎn)化為電能）。在日照充分的地方，人們在生產(chǎn)和生活中已大量使用太陽灶、干燥器和太陽能熱水器。 ? 過程與方法 ? 從日常生活現(xiàn)象了解能源，了解常規(guī)能源的儲量與人類需求的關(guān)系 情感、態(tài)度與價值觀 ? 知道能源和可持續(xù)發(fā)展的關(guān)系，培養(yǎng)學生探究知識的欲望和學習興趣 教學重點： 理解能源的概念和能源的使用與環(huán)境污染的關(guān)系． 教學難點： 能源的開發(fā)和利用與環(huán)境的關(guān)系． 教學方法： 探究教學 教具： 多媒體課件 一、常規(guī)能源 定義： 那些能夠提供可利用能量的物質(zhì)和自然過程 如：煤、石油、天然氣、空氣的流動、水的流動等 近幾百年，人類相繼發(fā)明了蒸汽機、內(nèi)燃機、電動機等動力機械，生產(chǎn) 力飛速發(fā)展的同時，也加劇了能源的消耗 剩余常規(guī)能源資源估計：石油 ―― 幾十年，煤 ―― 兩百多年 一旦消耗殆盡，將導致汽車、飛機、輪船、內(nèi)燃機車無法使用，火力發(fā) 電廠將停止發(fā)電 人類社會將會陷入癱瘓的局面 能源消耗的現(xiàn)狀及擔憂： 面對能源現(xiàn)狀的思考 節(jié)約能源 What Can We do ? Waiting For Your Suggestion 二、開發(fā)新能源－－迫在眉睫 你知道哪些新能源？ 太陽能： 太陽能是一種可廣泛利用的清潔能源。 環(huán)境污染。 物理學家們認為，熵定律是物質(zhì)世界的最終定律，人類參與的每一項物質(zhì)活動都受到熱力學第一、第二定律的嚴密制約；但是，他們 又認為熵定律只涉及物質(zhì)世界，只控制時空的橫向世界，人類的精神世界并不受熵定律的專制統(tǒng)治！ 所以，生命的現(xiàn)象是宇宙洪流中的一股逆流！ 人類精神的無限發(fā)展，是不可抗拒的熵增大長河中的一條逆流之舟！ 《 能源和 可持續(xù)發(fā)展 》 教學目標 知識與技能 ? 。 有效物質(zhì)耗盡時，是一片“物質(zhì)混亂” ──整個宇宙的大混亂和大混沌。熱力學第一定律說明能量是守恒的、不滅的，只能從一種形式轉(zhuǎn)變到另一種形式；熱力學第二定律（熵定律）卻表明：能量不可逆轉(zhuǎn)地沿著一個方向轉(zhuǎn)化，即從對人類來說是可利用的變?yōu)椴豢衫玫臓顟B(tài)?？ㄞr(nóng)、喬治 克勞修斯于 1868年造出來的，它代表著宇宙中不能再被轉(zhuǎn)化做功的能量的總和的測定單位，即熵的增加表示宇宙物質(zhì)的日益混亂和無序，是無效能量的總和。 ? 可愛的熵 ? 物理學中有個熵定律，也就是著名的熱力學第二定律。 一切自然過程總是沿著無序性增大的方向進行。 自然過程總是向著使系統(tǒng)熱力學幾率增大的方向進行。 平衡態(tài)相應(yīng)于一定宏觀條件下 ? 最大的狀態(tài)。 對整個宇宙不適用。即系統(tǒng)最后所達到的平衡態(tài)。 在上例中，均勻分布這種宏觀態(tài)，相應(yīng)的微觀態(tài)最多，熱力學幾率最大，實際觀測到的可能性或幾率最大。 定義 熱力學幾率 ：與同一宏觀態(tài)相應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)稱為熱力學幾率。 各種宏觀態(tài)不是等幾率的。 全部退回 A邊僅對應(yīng)一種微觀態(tài)。 在一定的宏觀條件下，各種可能的宏觀態(tài)中哪一種是實際所觀測到的？ 不同的宏觀態(tài)對應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)不同。中間各列是詳細的分布，具體指明了這個或那個分子各處于 A或 B哪一邊，代表的是系統(tǒng)的任意一個 微觀態(tài) 。 ?第二定律的統(tǒng)計表述 （依然看前例） 4個分子在容器中的分布對應(yīng) 5種宏觀態(tài)。 對大量分子組成的宏觀系統(tǒng)來說，它們向 B部自由膨脹的宏觀過程實際上是不可逆的。從任何實際操作的意義上說，不可能發(fā)生此類事件。 一般來說，若有 N個分子，則共 2N種可能方式，而 N個分子全部退回到 A部的幾率 1/ N?1023/mol，這些分子 全部退回到 A部的幾率為 。 ?熱力學第二定律的微觀意義 分布 （宏觀態(tài)） 詳細分布 （微觀態(tài)） ?1 4 6 4 1 開始時， 4個分子都在 A部，抽出隔板后分子將向 B部擴散并在整個容器內(nèi)無規(guī)則運動。 首先理解有序和無序的概念。 在熱力學中， 序：區(qū)分度。 ?不可逆過程的統(tǒng)計性質(zhì) （以氣體自由膨脹為例） 下面從統(tǒng)計觀點探討過程的不可逆性微觀意義，并由此深入認識第二定律的本質(zhì)。 它所揭示的客觀規(guī)律向人們指出了實際宏觀過程進行的條件和方向。 開氏表述實質(zhì)上在于說明功變熱的過程是不可逆的。 強調(diào)： 不可逆過程不是不能逆向進行，而是說當過程逆向進行時，逆過程在外界留下的痕跡不能將原來正過程的痕跡完全消除。因為，實際過程都是以有限的速度進行，且在其中包含摩擦，粘滯，電阻等耗散因素，必然是不可逆的。 3）一切實際過程都是不可逆過程。 結(jié)論： 1）一切自發(fā)過程都是不可逆過程。 ?氣體的迅速膨脹過程是不可逆的。從未發(fā)現(xiàn)其反過程，使兩物體溫差增大。 ?理想氣體熱傳導過程是不可逆的。 無摩擦準靜態(tài)過程是可逆的 。其反過程由平衡態(tài)回到非平衡態(tài)的過程不可能自動發(fā)生。在隔板被抽去的瞬間，氣體聚集在左半部，這是一種非平衡態(tài)，此后氣體將自動膨脹充滿整個容器。 單純的無機械能耗散的機械運動過程都是可逆過程。 反之，如果物體不能回復(fù)到原來狀態(tài)或當物體回復(fù)到原來狀態(tài)卻無法消除原過程對外界的影響，則原來的過程稱為 不可逆過程 。 為了進一步研究熱力學第二定律的含義和熱力學過程方向性問題，引入 可逆過程 的概念。 假定單熱機是可以造成的，則 高溫源 低溫源 Q ? 高溫熱源 T1 低溫熱源 T2 1Q AQ ?2單熱機 2Q致冷機高溫熱源 T1 低溫熱源 T2 2Q? A)( 1Q兩種表述是統(tǒng)一的 ? 高溫熱源 T1 低溫熱源 T2 2Q熱機2Q ? A1Q高溫熱源 T1 21 ?A單熱機 假定熱量能自動地從低溫源傳到高溫源，則單熱機也能造成。克氏表述指明熱傳導過程是有方向的。 第二類永動機 高溫熱源 T1 低溫熱源 T2 吸Q? 放Q 與之相應(yīng)的經(jīng)驗事實是，當兩個不同溫度的物體相互接觸時，熱量將自動地由高溫物體向低溫物體傳遞，而不可能自發(fā)地由低溫物體傳到高溫物體。但這時引起了其它的變化。 以熱機為例，熱機的循環(huán)除了熱變功外，還必定有一定的熱量從高溫熱源傳給低溫熱源，即產(chǎn)生了其它效果。 功可以完全變熱，但要把熱