第二十章能量和能源-在線瀏覽
2024-09-06 17:24本頁面
【正文】 們只有掌握了規(guī)律，按規(guī)律辦事，而規(guī)律是不能隨人們的意志轉(zhuǎn)移的。這種違背科學(xué)規(guī)律的設(shè)想始終沒有成功，原因是機(jī)器做功時(shí)，機(jī)械能要轉(zhuǎn)化為其他形式的能，消耗的機(jī)械能必須時(shí)時(shí)需要補(bǔ)充，應(yīng)由其他物體的能量轉(zhuǎn)化而來?！ ∥覀冋莆漳艿霓D(zhuǎn)化和守恒定律，應(yīng)該懂得我們所做工作是將一種形式的能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，或是使能由一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，利用能的轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程做功，而不是創(chuàng)造能。能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律是自然界最普遍的、最重要的定律之一。在形形色色的自然現(xiàn)象中，只要有能量的轉(zhuǎn)化，就一定服從能量守恒規(guī)律?！ ?2)能量守恒定律反映了自然現(xiàn)象的普遍聯(lián)系。電燈發(fā)光跟電流有聯(lián)系，電能轉(zhuǎn)化為光能反映了這種聯(lián)系?！ ?3)能量守恒定律是人類認(rèn)識(shí)自然的重要依據(jù)。1933年意大利科學(xué)家費(fèi)米，在研究β衰變的過程中發(fā)現(xiàn)，能量不守恒。這一事例說明了能明守恒定律，已成為人類認(rèn)識(shí)自然的重要依據(jù)。縱觀人類科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的歷史，也是一部認(rèn)識(shí)能量、利用能量、實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化的歷史。人類總是在認(rèn)識(shí)、利用能源，逐步實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)化?！肮?jié)能”、 “缺電”、“新能源”、“能源與環(huán)境”成為一個(gè)又一個(gè)熱門話題，我們來研究能源與社會(huì)的關(guān)系。把生米做成熟飯，把生水燒開都需要能量。汽油、柴油燃燒時(shí)也能提供能量。水流還可推動(dòng)水輪機(jī)做功，使磨轉(zhuǎn)動(dòng)，水輪機(jī)還能帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)出電來。像煤、天然氣、汽油、水流、風(fēng)等等能夠提供能量的物質(zhì)資源，我們把它們都叫做能源。像煤、石油、天然氣、水流等等，凡是可以提供能量的物質(zhì)資源都叫做能源。那么煤、石油、天然氣等等又是地下開采出來的?！ 』剂?、水能、風(fēng)能、太陽能等等都是由自然界提供的能源叫做一次能源。教室里點(diǎn)燈，家里開收音機(jī)、電視機(jī)，工廠里開動(dòng)機(jī)器都要用電能，電能是由發(fā)電廠供給的；電能可由電池提供；電能還可由太陽能轉(zhuǎn)化而來——太陽能電池?！ ?3)世界能源消耗量迅速增長(zhǎng) 現(xiàn)在我們大量使用二次能源——電能，但實(shí)際消耗的還是轉(zhuǎn)化成電能的一次能源——目前我國(guó)主要還是消耗化石燃料。我們國(guó)家的能源消耗量也在迅速增加，增加了近20倍，到2000年將增加到17億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，幾乎接近20世紀(jì)初全世界1年能源消耗的總量。所以人們要尋找新的能源?！ ⊥瑢W(xué)們知道煤、石油、天然氣等化石燃料是古代生長(zhǎng)的動(dòng)、植物經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的地質(zhì)變遷而形成的，那么這些動(dòng)、植物又是怎么能生長(zhǎng)壯大的呢？植物生長(zhǎng)靠太陽把各種養(yǎng)分進(jìn)行光合作用變成植物生長(zhǎng)的養(yǎng)料，動(dòng)物生長(zhǎng)靠吃植物或者其他的小動(dòng)物，所以化石燃料從根本上來說，來源于太陽能。太陽照到江、河、湖、海的水面上，使水蒸發(fā)，蒸發(fā)的氣上升到空中，在高空遇冷使變成雨雪降下來，降到高山上的雨和雪融化成的水從高處流下，形成水能?！ 、谛履茉吹睦谩 』剂稀⑺髂?、風(fēng)能等都來源于太陽光的輻射，即太陽能。近年來發(fā)明的太陽灶、太陽能熱水器、太陽能電池等對(duì)太陽能的直接利用還剛剛開始。此外自然界還存在大量的潮汐能和地?zé)崮?，我?guó)和有的國(guó)家已試驗(yàn)用潮汐能和地?zé)崮軄戆l(fā)電，由于有些技術(shù)問題還沒有解決，使造價(jià)過高，因此還沒有被廣泛采用。 解決能源問題的主要出路 開發(fā)和利用新能源是人類解決能源問題的主要出路。太陽能非常巨大，1026瓦。1017瓦3600秒=1020焦?！ 、谔柲芄?yīng)時(shí)間長(zhǎng)久?！ 、厶柲芊植紡V闊，獲取方便?！ 、苁褂锰柲馨踩?、不污染環(huán)境。 2. 人類直接利用太陽能有兩條途徑（1）把太陽能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能以供利用例如用太陽灶、太陽能熱水器等裝置把太陽能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能來做飯、燒水等等，也可用集熱器把水加熱，產(chǎn)生水蒸氣，再推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電——這就叫太陽能熱電站。太陽能電池的應(yīng)用已很廣泛，像人造衛(wèi)星上的電源、太陽能汽車上的電源，小型電視機(jī)、計(jì)算器上的電源，城市道路路燈的電源等等都可用太陽能電池，我國(guó)還用太陽能電池做航標(biāo)燈的電源，鐵路信號(hào)燈的電源等等。經(jīng)計(jì)算，垂直投射到地面每平方米面積上的太陽能只有幾百瓦，所以要大規(guī)模開發(fā)利用太陽能必須設(shè)置龐大的收集和轉(zhuǎn)換能量的系統(tǒng)，目前造價(jià)還太高，影響推廣。 ?。?）目前太陽能轉(zhuǎn)換器的效率不高。所以還要下大力氣研制高轉(zhuǎn)換效率的材料。為了研究原子核內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，物理學(xué)家們嘗試用粒子去“轟擊”原子核，最初是用α粒子去轟擊，后來又用質(zhì)子、中子去轟擊，發(fā)現(xiàn)都能引起原子核的變化——核反應(yīng)，而且發(fā)現(xiàn)在某些核反應(yīng)過程中能釋放出大量能量。由于原子核的變化而釋放的巨大能量叫做核能，也叫原子能。 ?、僦睾说牧炎兛茖W(xué)家們發(fā)現(xiàn)，用中子去轟擊鈾核，鈾核會(huì)分裂成大小相差不大的兩部分，這種現(xiàn)象叫做裂變。實(shí)驗(yàn)表明，裂變時(shí)釋放的核能十分巨大，1千克鈾235中的鈾核如果全部發(fā)生裂變，釋放出的核能相當(dāng)于2500噸標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒時(shí)放出的能量?！ 膱D中看到，鈾235只有在中子的轟擊下才能發(fā)生裂變，放出核能，那么是不是要不斷地從外界提供中子，才能維持鈾核的不
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