Chapter7_CD能的转化的方向性 能源开发

1、第七章C 能的转化的方向性 能源开发 D 太阳能的利用（2课时）知识和技能1. 知道能的转化具有方向性；2. 知道开发利用新能源的必要性与可行性；3. 了解太阳能利用的原理与现状。过程和方法1、通过问题讨论经历有关能量转化方向性的认知过程。2、通过对常规能源与新能源的分类和比较，提高分析问题的能力。情感、态度和价值观建立珍惜能源，努力开发新能源的思想，树立自觉学习科学技术的决心。一、能的转化具有方向性1、大家谈-生活中的“不可逆过程”水往低处流、覆水难收、破镜不能重圆、人死不能复生、光阴似箭等。热传递、摩擦生热、气体自由膨胀是物理学中典型的不可逆过程。n 汽油机的效率为20 %30%等说明机械

2、能和内能的转化过程具有方向性：机械能可以全部转化为内能，但内能却不能全部转化成机械能。2、热力学第二定律：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。自然界中任何的过程都不可能自动地复原，要使系统从终态回到初态必需借助外界的作用，由此可见，热力学系统所进行的不可逆过程的初态和终态之间有着重大的差异，这种差异决定了过程的方向，（详见附）3、能量的耗散与退化二、能源开发1、能源及分类（a）常规能源与新能源像煤、石油、天然气等矿产燃料以及水能资源，是目前人类广泛应用的能源，在技术上也比较成熟，我们称之为常规能源。 人类正在积极研制或很有利用前途的其他能源（核能、太阳能、潮汐、地热、生物能

3、等）称之为新能源。 （b）可再生能源和不可再生能源可再生能源是清洁能源，是指在自然界中可以不断再生、永续利用、取之不尽、用之不竭的资源，它对环境无害或危害极小，而且资源分布广泛，适宜就地开发利用。主要包括太阳能、风能、水能、生物质能、地热能和海洋能等。（c）一次能源和二次能源由一次能源经过加工转换以后得到的能源产品，称为二次能源，例如：电力、蒸汽、煤气、汽油、柴油、重油、液化石油气、酒精、沼气、氢气和焦炭等等。三、主要新能源介绍1.核能 2.风能：荷兰风车，风力发电装置。 陆地上能够利用风能的地方，主要是在常年风力较强的沿海和内陆高原。我国一些高原牧区和海岛已利用风力发电，满足照明、看电视等用

4、电需要。3.生物能：沼气池。 沼气池原理是利用植物体或粪便，经密封发酵后产生出可燃气体。在农村特别适用。 4.可燃冰四、太阳能的利用知道太阳能的来源；目前人类在哪些方面利用太阳能，影响人们更广泛利用太阳能的客观困难有哪些？太阳能的利用效率与哪些因素有关？你有什么想法去解决、去提高？除了已知的利用太阳能的事例外，你认为还可以用在哪些方面？提出一些具体的应用设想，1、太阳能简介太阳能是太阳内部连续不断的核聚变反应过程产生的能量。地球轨道上的平均太阳辐射强度为1367kw/m2。地球赤道的周长为40000km，从而可计算出，地球获得的能量可达173,000TW。太阳是一个巨大、久远、无尽的能源。尽管

5、太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量（约为3.75×1026W）的22亿分之一，但已高达173,000TW，也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万吨煤。地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能以及部分潮汐能都是来源于太阳；即使是地球上的化石燃料（如煤、石油、天然气等）从根本上说也是远古以来贮存下来的太阳能，所以广义的太阳能所包括的范围非常大，狭义的太阳能则限于太阳辐射能的光热、光电和光化学的直接转换。 太阳能既是一次能源，又是可再生能源。它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。但太阳能也有两个主要缺点：一是能流密度低；二是其强度受各种因素（

6、季节、地点、气候等）的影响不能维持常量。这两大缺点大大限制了太阳能的有效利用。 太阳能的利用方式主要有：光伏（太阳能电池）发电系统，将太阳能直接转换为电能；太阳能聚热系统，利用太阳的热能产生电能；被动式太阳房；太阳能热水系统；太阳能取暖和制冷。 3、热力学第二定律(1)概述     热不可能自发地、不付代价地从低温传到高温。(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，把它全部变为功而不产生其他任何影响(2)说明    热力学第二定律是热力学的基本定律之一。它是关

7、于在有限空间和时间内，一切和热运动有关的物理、化学过程具有不可逆性的经验总结。    上述(1)中的讲法是克劳修斯在1850年提出的。的讲法是开尔文于1851年提出的。这些表述都是等效的。    在的讲法中，指出了在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，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过来，只有靠消耗功来实现。    在的讲法中指出，自然界中任何形式的能都会很容易地变成热，而反过来热却不能在不产生其他影响的条件下完全变成其他形式的能，说明了这种转变在自然条件下也

8、是不可逆的。热机能连续不断地将热变为机械功，一定伴随有热量的损失。第二定律和第一定律不同，第一定律否定了创造能量和消灭能量的可能性，第二定律阐明了过程进行的方向性，否定了以特殊方式利用能量的可能性。     人们曾设想制造一种能从单一热源取热，使之完全变为有用功而不产生其他影响的机器，这种空想出来的热机叫第二类永动机。它并不违反热力学第一定律，但却违反热力学第二定律。有人曾计算过，地球表面有10亿立方千米的海水，以海水作单一热源，若把海水的温度哪怕只降低O.25度，放出热量，将能变成一千万亿度的电能足够全世界使用一千年。但只用海洋作为单一热源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百分之百的热机是绝对不可能的。    从分子运动论的观点看，做功是大量分子的有规则运动，而热运动则是大量分子的无规则运动。显然无规则运动要变为有规则运动的几率极小，而有规则的运动变成无规则运动的几率大。一个不受外界影响的孤立系统，其内部自发的过程总是由几率小的状态向几率大的状态进行，从此可见热是不可能自发地变为功的。    热力学第二定律只能适用于由很大数目分子所构成的系统及有限范围内的宏观过程。而不适用于