能源技术概论讲义(2)

? 海啸

? 气候异常变化

? 核辐射（切尔诺贝利、福岛核电站）

第二章 能量与能源

教学目的和要求：本章主要介绍能量及其形式，能源及其种类，我国能源资源的分布情况。

教学手段：多媒体教学与黑板教学相结合

教学方法：案例教学与课堂讲述相结合、理论与实际相结合、启发式教学与课堂讨论相结合。

课时时数：6时 课时分配：

教学学时 第一、二、三学时 第四、五、六学时 第二节 能源的种类；能源的分布、消费、供应 教学章节 第一节 教学重点与难点 能量的概念；能量的形式 备注 作业与思考：

（1）能量和物质质量之间的关系。

（2）机械能、热能、电能、辐射能、化学能的定义及特征。 （3）谈谈我国目前的能源消费和供应情况。 主要教学内容

第一节 能量

物质、能量和信息是构成客观世界的基础。

科学使馆认为，世界是由物质构成的，没有物质，世界变虚无缥缈。

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运动是物质存在的形式，是物质固有的属性。没有运动的物质正如没有物质的运动一样是不可思议的。能量则是物质运动的度量。由于物质存在各种不同的运动形式，因此能量也就有不同的形式。

信息则是客观事物和主观认识相结合的产物，没有信息，物质和能量既无从认知，也毫无用处。

一、能量的概念

物质运动不仅具有表现各异的形式，不同形式的物质运动还可通过做功、传热等方式实现相互转换，这表明这些运动不仅具有共性，还存在内在的统一的度量，即能量。

1、宇宙间一切运动着的物体都有能量的存在和转化。

人类一切活动都与能量及其使用密切相关。所谓能量，广义地说，就是“产生某种效用（变化）的能力”。反过来说，产生某种效用（变化）的过程必然伴随着能量的消耗或转化。

例1：要是物体沿着某一方向移动一定的距离S[m]，就需要消耗一定的功，若推动物理的力为F[N]，则所消耗的功为W=F*S[J],也就是说需要消耗W=F*S的能量才能产生上述效果。

例2：要使质量为m[kg]的物体从静止状态加速到速度为v[m/s],则要消耗

。。。的能量。

例3：加热质量为m[kg]的水，使其温度由T1升高到T2，则耗能为 ,c

?为水的比热，J/(kg?C)。

例4：移动q[C]电荷跨越电位差U[V]时，要消耗 能量。

2、能量不能被创造和消灭

科学史观认为，物质是某种既定的东西，既不能被创造也不能被消灭。因此，作为物质属性的能量也一样不能创造和消灭。

能量和物质质量之间的关系是爱因斯坦于1992年揭示的，即

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E?mc2

式中：E表示物质释放的能量，J；m为转变为能量的物质的质量，kg；c为光速，3×108m/s。

上述公式表示的是一个可逆过程，其前提是质量和能量的总和在任何能量的转化过程中都必须保持不变。

3、 能量的单位

在国际单位制中，能量的单位，功及热量的单位通常都用焦（J）表示，二单位时间所做的功或吸收（释放）的热量则称之为功率，单位为瓦（W）。因为在能量的转换和使用中焦和瓦的单位都太小，因此更多的是用千焦（kJ），或兆焦（MJ）或兆瓦（MW）。在能源研究中还会用到更大的单位，如GW,TW等。能源利用中常用的国家制的词冠见表2-1。

表2-1 能源种常用的国际制词冠

幂 1018 10 1012 109 106 103 102 10

15词冠 艾可萨（cxa） 拍他（peta） 太拉（tera） 吉珈（giga） 兆（mega） 千（kilo） 百 十 国际代号 E P T G M k h da 中文代号 爱 拍 太 吉 兆 千 百 十 二、能量的形式

讨论1：请大家回忆一下高中物理课程学过的能量的形式。

1、机械能

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机械能在物理学中已经有详细的阐述，它包括宏观的动能和势能。 动能：物体由于运动而具有的能叫动能，它通常被定义成使某物体从静止状态至运动状态所做的功。它的大小是运动物体的质量和速度平方乘积的二分之一。

势能（位能）：由于物体在地球重力场中处于一定的位置而具有的能量。它是用把物体从任一标准平面(通常指海平面)抬升到物体所在位置所需做的功来计算的。

机械能是人类较早认识和利用的能量，如风能、水能等。 2、热能

热能是能量的一种基本形式，所有其他形式的能量都可以完全转换为热能，而且绝大多数的一次能源都是首先经过热能形式而被利用的，因此热能在能量利用中有重要意义。构成物质的微观分子运动的动能和势能总和称之为热能。这种能量的宏观表现是温度的高低，它反映了分子运动的激烈程度。通常热能Eq可表述成如下的形式：

式中：T为温度；ds为熵增。3、电能

电能是和电子流动与积累有关的一种能量，通常是由电池中的化学能转换而来，或是通过发电机由机械能转换得到；反之电能也可以通过电动机转化为机械能，从而显示出电做功的本领。如果驱动电子流动的电动势为U，电流强度为I，则其电能Ee可表述为：

Ee?UI

Eq??Tds4、辐射能

辐射能是物理以电磁波形式发射的能量。物体会因各种原因发出辐射能，其中从能量利用的角度而言，因热的原因而发出的辐射能（有称热辐射能）是最有意义的，例如地球表面所接受的太阳能就是最重要的热辐射能。物体的辐射能Er可表示为：

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T4Er??c0() 100式中，?为物体的发射率；?c0为黑体辐射系数；T为物体的绝对温度。5、化学能

化学能是物质结构能的一种，即原子核外进行化学变化时放出的能量。按化学热力学定义，物质或物系在化学反应过程中以热能形式释放的热力学能称为化学能。人力利用最普遍的化学能是燃烧碳和氢，而这两种元素正是煤、石油、天然气、柴薪等燃料中最主要的可燃元素。燃料燃烧时的化学能通常用燃料的发热值表示。

6、核能

核能是蕴藏在原子核内部的物质结构能。轻质量的原子核（氘和氚）和重质量的原子（铀等）其核子之间的结合力比中等质量原子核的结合力小，这两类原子核在一定的条件下可以通过核聚变和核裂变转变为在自然界中更稳定的中等质量原子核，同时释放出巨大的结合能。这种结合能就是核能。由于原子核内部的运动非常复杂，目前还不能给出核力的完全描述。但在核聚变和核裂变反映中有所谓的“质量亏损”，这种质量和能量之间的转换完全可以用式E?mc2描述。

第二节 能源

一、能源的分类

(一)

内涵

能源就是能量的来源，是提供能量的资源，这些来源或资源，要么来自物质，要么来自物质的运动，前者如煤炭、石油、天然气等矿物燃料（又称化石燃料），后者如水流、风流、海浪、潮汐等。

(二)

分类

1.按地球上的能量来源分

（1）地球本身蕴藏的能源，如核能、地热能等。 …… 此处隐藏：1156字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……