能源技术概论讲义(4)

（3）地球与其他天体相互作用的能源，如潮汐能。 2.按被利用的程度分 （1）常规能源。 （2）新能源。 3.按获得的方法分 （1）一次能源 （2）二次能源 4.按能否再生 （1）可再生能源 （2）非再生能源 5．按能源本身的性质分 （1）含能体能源 （2）过程性能源 6．按是否能作为燃料分 （1）燃料能源 （2）非燃料能源 7.按对环境的污染情况分 （1）清洁能源 （2）非清洁能源。

(三) 1.储量 2.能量密度 3.储能的可能性 4.功能的连续性 5.能源的地理分布

6.开发费用和利用能源的设备费用 7.运输费用和损耗 8.能源的可再生性 9.能源的品位

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评价

10对环境的影响

二、能源的分布、消费和供应

(一)

概述

世界能源资源分布式不均衡的。例如石油储量最多的地区是中东，占56.8%；天然气和煤炭储量最多的是欧洲，各占54.6%和45%。亚洲、大洋洲除煤炭稍多（占18%）以外，石油、天然气都只有5%多一点。这种能源资源分布的不均衡，给世界的政治、经济格局带来重大影响。（举例）

请同学查《中国统计年鉴》、《中国能源统计年鉴》及其他相关年鉴获得如下时间序列数据（1978-2011）：

1) 我国能源生产总量及构成 2) 我国能源加工转换效率 3) 我国分品种能源年消费总量

(二) 1、 2、 3、

能源供应与消费 煤炭资源、供应与消费 石油资源、供应与消费 天然气资源、供应与消费

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第三章 能量相互转化原理

教学目的和要求：通过本章学习使学生掌握能量转化的原理，包括热力学基础、化学能、热能向化学能的转化、光能向化学能的转化，并了解能的变换的定义及目的、有效能的概念及有效能的损耗。

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。

教学设计： 课时时数：6学时 课时分配：

教学学时 第1-3学时 第4-6学时 教学章节 第一、二、三节 第四、五、六节 教学重点与难点 备注 热力学基础、化学能、热能向化学能的转化 光能向化学能的转化、能的变换、有效能 作业与思考： （1）简述能量守恒原理。

（2）简述有效能的概念及有效能的损耗。

主要教学内容

第一节 热力学基础

一、 能量守恒原理

1、功和内能

各种状态的能之间可以相互转化，在转化工程中，常见的能态有热和功，其中功有机械功、电功、体积功等。功可以用广义的力（温度差除外）和广义的位

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移之乘积表示：W??F?X

i热力学把分子内部的能成为内能，这是除物质全体运动所体现的机械能之外的所有其他能态的总成。内能的绝对值无法确定，因此过程的内能变化情况总是围绕其相对值展开的。 2、热

过程的热可分为嫌热和潜热两种。体系由于温度升高所储存的热叫显热；当体系处在相变温度（熔点、沸点等）时，如果与环境发生有限量的热交换而温度却无变化，也不做其他功，那么，这有限的热不再是显热而叫相变潜热，或简称潜热。

3、热力学第一定律

热力学第一定律认为，能量是守恒的，即能既不会产生，也不会消灭。各种物质都有能，能有多种形态，各种能态之间可以相互转化。但在转化过程中，能的总量不变。热力学第一定律的数学表达式为：?U?Q?W

既然能量是守恒的，那么便永远也造不出一种不消耗能源却源源不断地做出功来的机器（第一永动机）。

二、 能量转化的限度

1、卡诺定理

以理想气体为工作物质的可逆卡诺循环，其热效率仅取决于高温及低温两个热源的温度。以热力学第二定律为基础，可以将之推广为适用于任意可逆循环的普遍结论，称为“卡诺定理”。

卡诺定理是卡诺1824年提出来的，其表述如下：

（1）在相同的高温热源和相同的低温热源之间工作的一切可逆热机，其效率都相等，与工作物质无关，与可逆循环的种类也无关。

（2）在相同的高温热源和相同的低温热源之间工作的一切不可逆热机，其效率都小于可逆热机的效率。

2、热力学第二定律

热力学第二定律（second law of thermodynamics），认为可能把热从低温物体

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传到高温物体而不产生其他影响；不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响；不可逆热力过程中熵的微增量总是大于零。

热力学第二定律，又称“熵增定律”，表明了在自然过程中，一个孤立系统的总混乱度（即“熵”）不会减小。

热力学第一定律和热力学第二定律都是人来长期经验的总结，已经渗透到几乎所有学科中，并把学科的分支联系了起来。 3、熵

1850年，德国物理学家鲁道夫·克劳修斯首次提出熵的概念，用来表示任何一种能量在空间中分布的均匀程度，能量分布得越均匀，熵就越大。一个体系的能量完全均匀分布时，这个系统的熵就达到最大值。在克劳修斯看来，在一个系统中，如果听任它自然发展，那么，能量差总是倾向于消除的。让一个热物体同一个冷物体相接触，热就会以下面所说的方式流动：热物体将冷却，冷物体将变热，直到两个物体达到相同的温度为止。克劳修斯在研究卡诺热机时，根据卡诺定理得出了对任意可逆循环过程都都适用的一个公式：dS=（dQ/dT）。 三、 能量转化的推动力

总所周知，压力差是传递体积功的推动力，温度差是热传递的推动力，但要统一论述广义的推动力，还必须在热力学原理基础上进一步的讨论。 1、 吉布斯自由能

吉布斯自由能又叫吉布斯函数，（英Gibbs free energy,Gibbs energy or Gibbs function; also known as free enthalpy）是热力学中一个重要的参量，常用G表示，它的定义是：

G = U ? TS + pV = H ? TS，

其中U是系统的内能，T是温度，S是熵，p是压强，V是体积，H是焓。 吉布斯自由能的微分形式是： dG = ? SdT + Vdp + μdN，

其中μ是化学势，也就是说每个粒子的平均吉布斯自由能等于化学势。

2、 麦克斯韦关系式

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