能量守恒定律與能源

能量守恒定律與能源第1頁，共39頁，2023年，2月20日，星期二電站有一個(gè)高塔，塔頂上裝有鍋爐，塔的周圍裝有平面反射鏡，它把陽光反射后集中在鍋爐上，把鍋爐內(nèi)的工作物質(zhì)水加熱成高溫高壓蒸汽。高溫高壓蒸汽通過管道輸送到汽輪發(fā)電機(jī)。塔式太陽能熱電站太陽能內(nèi)能機(jī)械能電能第2頁，共39頁，2023年，2月20日，星期二

雷電是大氣中的一種放電現(xiàn)象。雷雨云在形成過程中，一部分積聚起正電荷，另一部分積聚起負(fù)電荷，當(dāng)這些電荷積聚到一定程度時(shí)，就產(chǎn)生放電現(xiàn)象。

打雷放電時(shí)間極短，但電流異常強(qiáng)大。放電時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)光，就是閃電。閃電時(shí)釋放出的大量熱能，能使局部空氣溫度瞬間升高１萬—2萬攝氏度。

雷電電能

光能、聲能、內(nèi)能第3頁，共39頁，2023年，2月20日，星期二光合作用

光能化學(xué)能第4頁，共39頁，2023年，2月20日，星期二

在一定條件下，系統(tǒng)內(nèi)的動(dòng)能和勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化，但其和保持不變，即服從機(jī)械能守恒定律。

當(dāng)其它形式的能量如電能、內(nèi)能、化學(xué)能、光能等參與轉(zhuǎn)化時(shí)，是否服從類似的規(guī)律呢？思考：第5頁，共39頁，2023年，2月20日，星期二內(nèi)容提要一、能量守恒定律

1.能量守恒定律確立的依據(jù)（1）能量的轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)移（2）永動(dòng)機(jī)不可能制成

2.能量守恒定律的建立過程邁爾焦耳亥姆霍茲

3.能量守恒定律的內(nèi)容

4.能量守恒定律的意義二、能源和能量耗散

1.能源的分類

2·能源與社會(huì)發(fā)展

3.為什么要節(jié)約能源（1）能源短缺（2）環(huán)境惡化（3）能量耗散第6頁，共39頁，2023年，2月20日，星期二一1（1）能量的轉(zhuǎn)化電動(dòng)機(jī)電能機(jī)械能發(fā)電機(jī)機(jī)械能電能第7頁，共39頁，2023年，2月20日，星期二一1（1）能量的轉(zhuǎn)化焦耳定律Q=IRt電能內(nèi)能2電能光能、內(nèi)能第8頁，共39頁，2023年，2月20日，星期二一1（1）能量的轉(zhuǎn)化化學(xué)能內(nèi)能機(jī)械能水能（動(dòng)能、重力勢(shì)能）電能第9頁，共39頁，2023年，2月20日，星期二一1（1）能量的轉(zhuǎn)化水果電池化學(xué)能電能機(jī)械能內(nèi)能第10頁，共39頁，2023年，2月20日，星期二一1（1）能量的轉(zhuǎn)移剛煮好的雞蛋放入涼水中內(nèi)能：雞蛋涼水動(dòng)能：風(fēng)帆船第11頁，共39頁，2023年，2月20日，星期二一1（1）能量的轉(zhuǎn)化兩個(gè)相同的鉛球在光滑的水平面上相向運(yùn)動(dòng)，碰撞后粘在一塊。并靜止在地面上動(dòng)能？動(dòng)能內(nèi)能第12頁，共39頁，2023年，2月20日，星期二一1（2）什么是永動(dòng)機(jī)蒸汽機(jī)消耗煤炭，內(nèi)燃機(jī)消耗汽油或柴油，電動(dòng)機(jī)消耗電力，有沒有一種機(jī)器，它不消耗任何燃料或動(dòng)力，卻可以不停地運(yùn)轉(zhuǎn)，源源不斷的對(duì)外做功呢？這種機(jī)器被稱為永動(dòng)機(jī)。

據(jù)說很久很久以前，在印度有一個(gè)被地主壓迫的可憐人，他每天被迫干好多活，終于有一天，這個(gè)可憐的年輕人厭倦了這種生活，他就想：有沒有一種機(jī)器可以代替我干活呢?它只干活不休息，也不需要什么能量，要是有的話就太好了

據(jù)說這個(gè)就是最早的關(guān)于永動(dòng)機(jī)的想法。這個(gè)思想的火花在1200年前從印度出發(fā)，傳到了伊斯蘭教世界，并傳到了西方。第13頁，共39頁，2023年，2月20日，星期二

大約在1570年，意大利有一位教授叫泰斯尼爾斯，提出用磁石的吸力可以實(shí)現(xiàn)永動(dòng)機(jī)。他的設(shè)計(jì)如圖所示，A是一個(gè)磁石，鐵球C受磁石吸引可沿斜面滾上去，滾到上端的E處，從小洞B落下，經(jīng)曲面BFC返回，復(fù)又被磁石吸引，鐵球就可以沿螺旋途徑連續(xù)運(yùn)動(dòng)下去。一1（2）永動(dòng)機(jī)的夢(mèng)想第14頁，共39頁，2023年，2月20日，星期二一1（2）永動(dòng)機(jī)的夢(mèng)想

上世紀(jì)20年代德國的一張明信片,拿愛因斯坦開玩笑，想想看這個(gè)永動(dòng)機(jī)為什么不行？第15頁，共39頁，2023年，2月20日，星期二一1（2）永動(dòng)機(jī)夢(mèng)想的破滅

此外，人們還提出過利用輪子的慣性、細(xì)管子的毛細(xì)作用、電磁力、流水等獲得有效動(dòng)力的種種永動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)方案，但都無一例外地失敗了層出不窮的永動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)方案，都在科學(xué)的嚴(yán)格審查和實(shí)踐的無情檢驗(yàn)下一一失敗了。1775年，法國科學(xué)院宣布“本科學(xué)院以后不再審查有關(guān)永動(dòng)機(jī)的一切設(shè)計(jì)”。第16頁，共39頁，2023年，2月20日，星期二一1（2）永動(dòng)機(jī)的啟示

制造永動(dòng)機(jī)的美好夢(mèng)想雖然破滅了，但是，反思這一失敗的探索過程，它從反面給人類以啟迪：永動(dòng)機(jī)不可能制成，是不是說明自然界存在著一條法則，它使我們不可能無中生有地獲得能量？也就是說自然界各種能量之間存在著一定的轉(zhuǎn)化關(guān)系。第17頁，共39頁，2023年，2月20日，星期二

邁爾在1814年11月25日生于德國。他的父親是位藥劑師。少年時(shí)代的邁爾，經(jīng)常跟著父親去看制作各種藥品的試驗(yàn)。1838年，邁爾在蒂賓根大學(xué)獲得學(xué)位。25歲的邁爾正式在漢堡開業(yè)行醫(yī)。

一2.能量守恒定律的建立過程邁爾1840到1841年初，邁爾在一艘海輪上當(dāng)了幾個(gè)月的隨船醫(yī)生。這段旅程成為了他在物理學(xué)上作出成就、從醫(yī)學(xué)的途徑得出能量守恒的結(jié)論的起點(diǎn)。邁爾(1814－1878)第18頁，共39頁，2023年，2月20日，星期二

1840年2月22日，邁爾跟著船隊(duì)來到印度尼西亞，當(dāng)時(shí)很多船員患了肺炎，在醫(yī)治中邁爾發(fā)現(xiàn)他們的靜脈血不像生活在溫帶國家中的人的靜脈血那樣顏色暗淡，而是像動(dòng)脈血那樣新鮮。這一現(xiàn)象引起了邁爾的深思。邁爾認(rèn)為人的血液之所以是紅的是因?yàn)槔锩婧醒?，而食物中含有化學(xué)能，被氧化時(shí)像機(jī)械能一樣可以轉(zhuǎn)化為熱，維持人的體溫。在熱帶高溫情況下，人要維持體溫，機(jī)體只需要吸收較少的熱量，所以機(jī)體中食物的燃燒過程減弱了，因此靜脈血中留下了較多的氧。邁爾認(rèn)為，熱能、化學(xué)能、機(jī)械能都是等價(jià)的，而且是可以相互轉(zhuǎn)化的。1842年邁爾從“無不生有，有不變無”和“原因等于結(jié)果”的觀念出發(fā)，表述了物理、化學(xué)過程中各種力(能)的轉(zhuǎn)化和守恒的思想。邁爾是歷史上第一個(gè)提出能量守恒定律的人。

第19頁，共39頁，2023年，2月20日，星期二一2.能量守恒定律的建立過程焦耳

英國物理學(xué)家。1818年12月24日生于索爾福。他父親是釀酒廠的廠主。焦耳從小體弱不能上學(xué)，在家跟父親學(xué)釀酒，并利用空閑時(shí)間自學(xué)化學(xué)、物理。他很喜歡電學(xué)和磁學(xué)，對(duì)實(shí)驗(yàn)特別感興趣。后來成為英國曼徹斯特的一位釀酒師和業(yè)余科學(xué)家。焦耳（1818－1889）第20頁，共39頁，2023年，2月20日，星期二

1840年，他發(fā)現(xiàn)將通電的金屬絲放入水中，水會(huì)發(fā)熱，通過精密的測(cè)試，焦耳發(fā)現(xiàn)了電熱之間的關(guān)系－焦耳定律。

焦耳從1840－1878年近40年的時(shí)間里，研究了電流的熱效應(yīng)，研究了空氣壓縮時(shí)溫度的升高，以及化學(xué)，機(jī)械作用之間的聯(lián)系，他做了400多次實(shí)驗(yàn)，為能量守恒定律的確立奠定了堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。第21頁，共39頁，2023年，2月20日，星期二

亥姆霍茲（1821—1894），德國物理學(xué)家和生理學(xué)家。1821年10月31日生于柏林波茨坦的一個(gè)中學(xué)教師家庭。中學(xué)畢業(yè)后在軍隊(duì)服役8年，取得公費(fèi)進(jìn)入在柏林的皇家醫(yī)學(xué)科學(xué)院，并柏林大學(xué)旁聽。1842年獲醫(yī)學(xué)博士學(xué)位后，被任命為波茨坦駐軍軍醫(yī)。1847年他在新成立的德國物理學(xué)會(huì)發(fā)表了著名的“關(guān)于能量的守恒”的講演，第一次用數(shù)學(xué)方式系統(tǒng)地闡述了能量守恒原理

。一2.能量守恒定律的建立過程亥姆霍茲第22頁，共39頁，2023年，2月20日，星期二一3能量守恒定律的內(nèi)容能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為別的形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中其總量不變。某種形式的能減少，一定有其他形式的能量增加，且減少量和增加量一定相等．某個(gè)物體的能量減少，一定存在其他物體的能量增加，且減少量和增加量一定相等。

第23頁，共39頁，2023年，2月20日，星期二一4能量守恒定律的意義能量守恒定律同生物進(jìn)化論、細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)被恩格斯譽(yù)為19世紀(jì)的三個(gè)最偉大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。能量守恒定律是在無數(shù)實(shí)驗(yàn)事實(shí)的基礎(chǔ)上建立起來的，是自然科學(xué)的普遍規(guī)律之一。自然界一切已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的過程都遵守能量守恒定律。凡是違反能量守恒定律的過程都是不可能實(shí)現(xiàn)的，例如“永動(dòng)機(jī)”只能以失敗而告終。機(jī)械能守恒定律只是能量守恒定律的特例。第24頁，共39頁，2023年，2月20日，星期二練習(xí)在夏季的時(shí)候，假如打開冰箱門來使房間溫度降低，是否可行？為什么？不可行。冰箱工作時(shí)要消耗電能，而這些電能最終轉(zhuǎn)化為房間的內(nèi)能，所以房間的溫度不降反升。第25頁，共39頁，2023年，2月20日，星期二能源的分類能源：凡是能夠提供可利用能量的物質(zhì)統(tǒng)稱為能源能源可分為常規(guī)能源和新能源兩類常規(guī)能源：煤、石油和天然氣等第26頁，共39頁，2023年，2月20日，星期二新能源太陽能第27頁，共39頁，2023年，2月20日，星期二新能源風(fēng)能新疆達(dá)坂風(fēng)力發(fā)電廠第28頁，共39頁，2023年，2月20日，星期二新能源水能三峽水電站第29頁，共39頁，2023年，2月20日，星期二新能源核能深圳大亞灣核電站第30頁，共39頁，2023年，2月20日，星期二新能源西藏羊八井地?zé)犭娬緶厝責(zé)崮艿?1頁，共39頁，2023年，2月20日，星期二二2人類對(duì)能源的利用經(jīng)過了三個(gè)時(shí)期柴薪時(shí)期出現(xiàn)年代：五六十萬年前火的使用是人類在能源利用上的第一個(gè)里程碑，它使人類脫離了茹毛飲血的時(shí)代。第32頁，共39頁，2023年，2月20日，星期二二2人類對(duì)能源的利用經(jīng)過了三個(gè)時(shí)期煤炭時(shí)期出現(xiàn)年代：2000年前蒸汽機(jī)的廣泛使用，帶動(dòng)了工業(yè)革命和資本主義社會(huì)的成長。第33頁，共39頁，2023年，2月20日，星期二二2人類對(duì)能源的利用經(jīng)過了三個(gè)時(shí)期石油時(shí)期出現(xiàn)年代：19世紀(jì)80年代內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展推動(dòng)了19世紀(jì)末，20世紀(jì)初開始的機(jī)械化和電氣化進(jìn)程。第34頁，共39頁，2023年，2月20日，星期二二3（1）能源短缺2004年世界能源統(tǒng)計(jì)年鑒的最新數(shù)據(jù)顯示，世界石油總儲(chǔ)量為1.15萬億桶，僅供開采41年；全球天然氣儲(chǔ)量為176萬億立方米，僅供開采63年。日本權(quán)威能源研究機(jī)構(gòu)也申明，全球煤炭埋藏量10316億噸，可開采231年。第35頁，共3