第18章第4节能量转化的基本规律.ppt

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能的转化与守恒能的转化与守恒能源与可持续发展能源与可持续发展南京市育英二外：

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沈孝兵常规能常规能常规能常规能源：

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煤、煤、煤、煤、石油、石油、石油、石油、天燃气天燃气天燃气天燃气新新新新能能能能源源源源能能源源的的利利用用太太阳阳能能核核能能核裂变核裂变核裂变核裂变核聚变核聚变核聚变核聚变人工控制人工控制人工控制人工控制核电站核电站核电站核电站不加不加不加不加控制控制控制控制原子弹原子弹原子弹原子弹氢弹氢弹氢弹氢弹光热光热光热光热转换转换转换转换太阳能热水器太阳能热水器太阳能热水器太阳能热水器光电转换光电转换光电转换光电转换太阳能电池太阳能电池太阳能电池太阳能电池光化转换光化转换光化转换光化转换绿色植物绿色植物绿色植物绿色植物做功做功做功做功热机热机热机热机发电发电发电发电火电站火电站火电站火电站化学能化学能化学能化学能内能内能内能内能机械能机械能机械能机械能化学能化学能化学能化学能内能内能内能内能机械能机械能机械能机械能电能电能电能电能核能核能核能核能内能内能内能内能机械能机械能机械能机械能电能电能电能电能光能光能光能光能电能电能电能电能光能光能光能光能化学能化学能化学能化学能光能光能光能光能内能内能内能内能能量传递过程的特点能量传递过程的特点能量的传递包括转移与转换两种形式。

能量的传递包括转移与转换两种形式。

转移是某种形态的能量从一地转移到另转移是某种形态的能量从一地转移到另一地，从一物转移到另一物；转换则是一地，从一物转移到另一物；转换则是能量由一种形态变为另一形态。

能量由一种形态变为另一形态。

能的转化和守恒定律能的转化和守恒定律能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，它能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，它只能从一种形式，转化为另一种形式或从只能从一种形式，转化为另一种形式或从一个物体转移到另一个物体，而能的总量一个物体转移到另一个物体，而能的总量保持不变。

保持不变。

能量转化的方向性能量转化的方向性根据能量的转化和守恒定律可知，能量在转化根据能量的转化和守恒定律可知，能量在转化或转移的过程中，其总量总保持不变。

电能可或转移的过程中，其总量总保持不变。

电能可以使电灯发光，同时产生内能散失在空气中，以使电灯发光，同时产生内能散失在空气中，但这些内能却无法自动转化为电能。

该现象说但这些内能却无法自动转化为电能。

该现象说明能量的转化具有明能量的转化具有_.如同把炽热的铁放到水中，是水吸收了铁放出如同把炽热的铁放到水中，是水吸收了铁放出的热量，一会儿后铁的温度与水的温度相等，的热量，一会儿后铁的温度与水的温度相等，但此时水的热能不会再转化为铁的热能，使铁但此时水的热能不会再转化为铁的热能，使铁恢复原来的温度。

这就是能量转化具有方向恢复原来的温度。

这就是能量转化具有方向性。

性。

热力学第二定律热力学第二定律热不可能自发地、不付代价地从低温物热不可能自发地、不付代价地从低温物体传到高温物体体传到高温物体（不可能使热量由低温物体不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化，这传递到高温物体，而不引起其他变化，这是按照热传导的方向来表述的是按照热传导的方向来表述的）。

不可能从单一热源取热，把它全部变为不可能从单一热源取热，把它全部变为功而不产生其他任何影响功而不产生其他任何影响（这是从能量消耗这是从能量消耗的角度说的的角度说的,它说明第二类永动机是不可能它说明第二类永动机是不可能实现的）。

实现的）。

热能不能完全转化为机械能，只能从高温热能不能完全转化为机械能，只能从高温物体传到低温物体物体传到低温物体自然条件下热量只能从高温物体向低温物自然条件下热量只能从高温物体向低温物体转移，而不能由低温物体自动向高温物体转移，而不能由低温物体自动向高温物体转移，也就是说在自然条件下，这个转体转移，也就是说在自然条件下，这个转变过程是不可逆的。

要使热传递方向倒转变过程是不可逆的。

要使热传递方向倒转过来，只有靠消耗功来实现。

过来，只有靠消耗功来实现。

比如空调制冷比如空调制冷热力学第二定律热力学第二定律、热机能连续不断地将热变为、热机能连续不断地将热变为机械功机械功，一定伴随有热量的损失，热机的效率一定伴随有热量的损失，热机的效率不可能达到不可能达到100%、能量有耗散，不能将能量的散失全、能量有耗散，不能将能量的散失全部收集起来重新利用，所以要节约能部收集起来重新利用，所以要节约能源源热力学第二定律的意义热力学第二定律的意义第二类永动机不可能制成第二类永动机不可能制成有人曾计算过，地球表面有有人曾计算过，地球表面有10亿立方亿立方千米的海水，以海水作单一热源，若千米的海水，以海水作单一热源，若把海水的温度哪怕只降低把海水的温度哪怕只降低O.25度，放度，放出热量，将能变成一千万亿度的电能出热量，将能变成一千万亿度的电能足够全世界使用一千年。

但只用足够全世界使用一千年。

但只用海洋海洋做为单一做为单一热源热源的热机是违反上述第二的热机是违反上述第二种讲法的，因此要想制造出热效率为种讲法的，因此要想制造出热效率为百分之百的热机是绝对不可能的。

百分之百的热机是绝对不可能的。

令人伤心绝望的定律令人伤心绝望的定律来自物理学中一条最基本的定律来自物理学中一条最基本的定律-热热力学第二定律。

这条科学史上最令人力学第二定律。

这条科学史上最令人伤心绝望的定律，冥冥中似乎早已规伤心绝望的定律，冥冥中似乎早已规定了宇宙的命运。

简而言之，第二定定了宇宙的命运。

简而言之，第二定律认为热量从热的地方流到冷的地方。

律认为热量从热的地方流到冷的地方。

对任何物理系统，这都是显而易见的对任何物理系统，这都是显而易见的特性，毫无神秘之处：

开水变凉，冰特性，毫无神秘之处：

开水变凉，冰淇淋化成糖水。

要想把这些过程颠倒淇淋化成糖水。

要想把这些过程颠倒过来，就非得额外消耗能量不可。

过来，就非得额外消耗能量不可。

就最广泛的意义而言，第二定律认为宇宙就最广泛的意义而言，第二定律认为宇宙的的“熵熵”（无序程度）与日俱增。

例如，（无序程度）与日俱增。

例如，机械手表的发条总是越来越松；你可以把机械手表的发条总是越来越松；你可以把它上紧，但这就需要消耗一点能量；这些它上紧，但这就需要消耗一点能量；这些能量来自于你吃掉的一块面包；做面包的能量来自于你吃掉的一块面包；做面包的麦子在生长的过程中需要吸收阳光的能量；麦子在生长的过程中需要吸收阳光的能量；太阳为了提供这些能量，需要消耗它的氢太阳为了提供这些能量，需要消耗它的氢来进行核反应。

总之宇宙中每个局部的熵来进行核反应。

总之宇宙中每个局部的熵减少，都须以其它地方的熵增加为代价。

减少，都须以其它地方的熵增加为代价。

在一个封闭的系统里，熵总是增大在一个封闭的系统里，熵总是增大的，一直大到不能再大的程度。

这的，一直大到不能再大的程度。

这时，系统内部达到一种完全均匀的时，系统内部达到一种完全均匀的热动平衡的状态，不会再发生任何热动平衡的状态，不会再发生任何变化，除非外界对系统提供新的能变化，除非外界对系统提供新的能量。

对宇宙来说，是不存在量。

对宇宙来说，是不存在“外界外界”的，因此宇宙一旦到达热动平衡的，因此宇宙一旦到达热动平衡状态，就完全死亡，万劫不复。

这状态，就完全死亡，万劫不复。

这种情景称为种情景称为“热寂热寂”。

能源与可持续发展能源与可持续发展能源与国民经济能源是发展社会生产和提高人民生活能源是发展社会生产和提高人民生活水水平的重要物质基础，是推动国民经平的重要物质基础，是推动国民经济发济发展的强大动力。

展的强大动力。

能源与国民经济经济的增长和经济发展水平的提高都需要经济的增长和经济发展水平的提高都需要能源来支撑，因此，能源消费与经济发展能源来支撑，因此，能源消费与经济发展有着密不可分的关系。

从世界能源消费的有着密不可分的关系。

从世界能源消费的增长趋势看，能源消费与世界经济发展的增长趋势看，能源消费与世界经济发展的趋势是一致的。

趋势是一致的。

能源与国民经济世界各国经济发展的实践证明，在经济正世界各国经济发展的实践证明，在经济正常发展的情况下，能源消耗总量和能源消常发展的情况下，能源消耗总量和能源消耗增长速度与国民经济生产总值和国民经耗增长速度与国民经济生产总值和国民经济生产总值增长率成正比例关系。

济生产总值增长率成正比例关系。

能源与国民经济世界经济和能源发展的历史显示，处于工世界经济和能源发展的历史显示，处于工业化初期的国家，经济的增长主要依靠能业化初期的国家，经济的增长主要依靠能源密集型工业的发展，能源效率也较低源密集型工业的发展，能源效率也较低能源与人民生活人们的日常生活处处离不开能源，不仅衣、人们的日常生活处处离不开能源，不仅衣、食、住、行，而且文化娱乐、医疗卫生等食、住、行，而且文化娱乐、医疗卫生等都与能源密切相关。

都与能源密切相关。

能源与人民生活目前我国一次能源消费量已超过俄罗斯，目前我国一次能源消费量已超过俄罗斯，居世界第二位，但由于人口过多，人均能居世界第二位，但由于人口过多，人均能耗水平仍很低，全面建设小康社会仍然是耗水平仍很低，全面建设小康社会仍然是我国人民面临的重要任务。

我国人民面临的重要任务。

21世纪的能源趋势世界人口急剧增加，能源的消耗持续增长能源消耗对环境的影响空气污染、固体废物污染、有害辐射、水土流失和沙漠化全球环境状况联合国最新公布的研究结果显示，在过去联合国最新公布的研究结果显示，在过去30年中，虽然国际社会在环保领域取得了年中，虽然国际社会在环保领域取得了一定成绩，但全球整体环境状况持续恶化。

一定成绩，但全球整体环境状况持续恶化。

国际社会普遍认为，贫困和过度消费导致国际社会普遍认为，贫困和过度消费导致人类无节制地开发和破坏自然资源，这是人类无节制地开发和破坏自然资源，这是造成环境恶化的罪魁祸首。

造成环境恶化的罪魁祸首。

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为突出。

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使自然灾害发生的频率和强度大幅增加。

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