能源

能源第二十二章第１节2012年7月4日，三峡水电站32台机组全部投入工作。自2003年三峡工程正式开始发电，到2012年7月之间，三峡电站发电量累计达到5648亿千瓦时，相当于从滚滚长江中捞起了近2亿吨标准煤，减排二氧化碳4亿吨、二氧化硫500多万吨。三峡水电站是如何发电的呢？电能只是人类生活、生产活动中广为使用的能量的一种。人类的生活、生产活动，无法离开能量的使用。提高上游水位增加水的势能高水位的水快速向下流推动水轮机转动发电机在水轮机的带动下旋转发电三峡水电站的发电原理能够提供热、光、机械能和电能等各种形式的能量来源就叫能源。金属的冶炼、机器的运转、汽车和火车等交通工具的行驶需要能量，生活中烧饭、取暖、照明等也需要能量。生产和生活中利用的这些能量，是通过不同的能源提供的。各种能源的广泛利用，极大地促进了人类文明的发展。一、能源概念地球上的能源是否是无尽的呢？我们的生活中都用到哪些能源呢？钻木取火这项技术的出现，使人类实现了从利用自然火到利用人工火的转变。开启了人类以柴薪为主要能源的时代。柴薪主要通过砍伐森林获得，大面积的砍伐森林严重破坏地球的生态平衡。同时由于燃烧柴薪获取能量的效率较低，人类仍需要开发其他的能源。二、人类利用能源的历程蒸汽机的发明令人类成功地将燃烧获取的内能转化为机械能。实现了以机械动力大规模代替人力和畜力的新时代，人类的主要能源从柴薪转向热值更高的煤。煤、石油、天然气是千百万年前埋在地下的动、植物经过漫长的地质年代形成的，所以称为化石能源。这三种能源是当今世界一次能源的三大支柱。1．能直接从自然界获取的能源称为一次能源煤石油风能地热能水能三、能源的类型2．由一次能源经过加工得到的能源称为二次能源汽油、柴油风力发电水力发电太阳能发电地热发电电能的利用一次能源二次能源天然气化石能源煤石油核能电能汽油风能太阳能水能地热能柴油能源分类如果把全世界的能源消耗量折合成热值为2.93×107J/kg的标准煤来计算，1950年为26亿吨，1987年为110多亿吨，2003年接近140亿吨，2007年达到160亿吨。四、21世纪的能源趋势化石能源是现代人类文明所需的主要能源。由于其属于不可再生的资源，所以总有使用殆尽的一天。而且在开采化石能源的过程中因意外而对环境的破坏也十分严重。所以开发新能源、更好地利用已知能源是全球范围的重要课题。20世纪40年代，科学家发明了可以控制核能释放的装置——核反应堆，拉开了以核能为代表的新能源利用的序幕。核反应堆外围包裹着厚厚的混凝土罩以吸收辐射水在核反应堆中心循环流动，吸收在核反应中产生的热量，并将这部分内能传递给蒸汽发生器内的水吸收了热量的水汽化变成蒸汽蒸汽推动发电机运转，将蒸汽的机械能转化为电能核能发电的原理二次能源电能不造成空气污染不排放CO2消耗核能源少发电成本低产生放射性废料排热量大建厂成本大核泄漏污染大核能发电的利弊1．人们的生产和生活中利用能源提供能量。2．人类历史上利用的能源逐步从太阳、柴薪等转变成煤、石油、天然气等化石能源。课堂小结核能第二十二章第２节1．原子结构H2O分子以水分子为例：它由一个氧原子和两个氢原子组成。一、核能H原子由原子核和核外电子组成。（1）氢原子由原子核和一个核外电子组成。原子核有一个质子，质子带正电荷，核外电子带负电荷。二者电荷量相同。O（2）氧原子由原子核和八个核外电子组成。原子核有八个质子和八个中子，由于中子不带电，所以正负电荷量仍然相同。质量较大的原子核发生分裂或者质量较小的原子核相互结合时，就有可能释放出惊人的能量，这就是核能。2．核能质子和中子依靠强大的核力紧密地结合在一起。要使它们分裂或结合都是极其困难的。1938年，科学家用中子轰击质量比较大的铀235原子核，使其发生了裂变。1kg铀全部裂变，释放的能量超过2000t煤完全燃烧时释放的能量。用中子轰击铀核，铀核才能发生裂变，放出能量。外界中子停止轰击，裂变也就停止了。怎样才能让裂变继续下去呢？1．发生裂变的条件二、裂变那么，地球上的能源是否是无尽的呢？将火柴搭成左下图所示结构，点燃第一根火柴后，会发生什么？2．链式反应用中子轰击铀235原子核，铀核在分裂时，会释放出核能，同时还会产生几个新的中子，这些中子会继续轰击其他铀核。于是就导致一系列铀核持续裂变，并释放出大量核能，这就是裂变中的链式反应。想想议议核电站的核心设备是核反应堆。核反应堆是原子核发生链式反应的场所。1942年，人类利用核反应堆第一次实现了可控制的铀核裂变。目前，全世界已经建成了几百座核电站，核电发电量接近全球发电量的1/5。3．核电站利用核能发电链式反应如果不加以控制，大量原子核就在一瞬间发生裂变。释放出极大的能量。在人类实现可控核裂变大约三年后，即1945年，利用不加控制的核裂变制造的毁灭性武器——原子弹爆炸了。将质量较小的原子核结合起来，也会释放出巨大的核能。氘氚氦核中子氘核与氚核在超高温下结合形成氦核和一个中子，能释放大量核能。这一过程就是聚变。三、聚变能量聚变氘核和氚核都属于氢核的一种。大量氢核的聚变，可以在瞬间释放惊人的能量。氢弹利用的就是聚变瞬间释放的能量。可控聚变尚未实现，海水中蕴藏着丰富的氘核，科学家预言，通过可控聚变来利用核能，将有望彻底解决人类能源问题。核能裂变聚变原子弹核反应堆氢弹课堂小结太阳能第二十二章第３节动植物的生长，人类的活动都无法离开太阳。这个发光发热的大火球已经存在了50亿年之久。你是否了解太阳？人类是否能够从距离地球1.5亿千米远处的太阳上，获取所需的能源？太阳距地球1.5亿千米，直径大约是地球的110倍，体积是地球的130万倍，质量是地球的33万倍，核心温度高达1500万摄氏度。一、太阳——巨大的核能火炉在太阳内部，氢原子核在超高温下发生聚变，释放出巨大的核能。太阳核心每时每刻都在发生氢弹爆炸，太阳就像一个巨大的“核能火炉”。太阳表面温度约6000℃，太阳至今已经稳定地“燃烧”了近50亿年，而且还能继续“燃烧”50亿年。太阳向外辐射的能量中，只有约二十亿分之一传递到地球。二、太阳是人类能源的宝库太阳光已经照耀我们的地球近50亿年，地球在这近50亿年中积累的太阳能是我们今天所用大部分能量的源泉。人类的日常生活，也无法离开阳光。今天我们开采化石燃料，实际上是在开采上亿年前地球接收的太阳能。远古时期的植物通过光合作用将太阳能转化为生物体内的化学能。经过地壳的不断运动，死后的动植物躯体埋在地下和海底。经过几百万年的复杂变化，变成了煤、石油、天然气。化石能源的形成直接利用太阳能的方式主要有两种。太阳能内能用集热器收集阳光中的能量来加热水等物质。实现了把太阳能转化为内能。1．光热转化三、太阳能的利用热水冷水水箱集热器太阳光集热器的原理太阳能电能太阳能电池可以将太阳能转变为电能；在航空、航天、交通、通信等领域中有较为广泛的应用。2．光电转化三、太阳能的利用太阳能热发电电站集热塔加热水，通过水蒸气推动汽轮机发电定日镜追着太阳转，反射阳光2010年，上海世博会中国馆采用了大量先进的太阳能科技，整座世博园的太阳能发电装置每年预计节电约420万千瓦时，减排二氧化碳约4100吨。右图为世界上最大的太阳能发电厂之一的帕赛尔工厂。坐落在美国加州的赛尔帕工厂有52000块电池板，覆盖面积约为36万平方米，这些电池板能容纳将近四百万块太阳能电池。在一个阳光明媚日子的正午时分，它的产电能力可以达到11兆瓦，足以为8000个家庭供电。每年减少二氧化碳的排放1.3万吨。京郊居民光伏发电项目并入国家电网能源易获取不排放CO2能源量大可持续性强能源分散受自然条件限制转化效率低成本较高太阳能技术的优缺点太阳能的介绍太阳能的利用转化为内能转化为电能课堂小结能源与可持续发展第二十二章第４节既然能量是守恒的，那地球上的能量就不会减少了，为什么还需要节约能源？想想议议一、能量转移和能量转化的方向性我们从石油中提炼出汽油，内燃机把能源中储备的化学能转化为汽车的机械能、内能。这些机械能、内能无法再转化回可以被利用的能源。例1化学能内能内能机械能例2火力发电厂把煤中贮存的化学能转化为电能，供生产和生活用。用电器将电能转化为内能、光能、机械能多种形式的能后，这些能量无法再变回能源。化学能内能内能电能在热传递的过程中，热量只能自发地从高温物体转移到低温物体，不能相反。如果要使热量从低温物体转移到高温物体，就需要消耗其他形式的能量。例如电冰箱就需要消耗电能。汽车制动时，由于摩擦，动能转化成轮胎、地面和空气的内能，这些消耗的能量不能再自动地被用来驱动汽车。能量的转化和转移具有方向性，有些能量可以利用，有些则不能。我们所能利用的能源是有限的，所以需要节约能源。化石能源通过燃烧转化为内能，相当一部分内能没有被有效利用。二、能源消耗对环境的影响汽车尾气造成空气污染和城市热岛效应。燃料燃烧产生的大量二氧化碳，加剧了地球的温室效应。燃料燃烧还生成二氧化硫、氮氧化物、粉尘和一氧化碳等有害物质。酸性气体形成酸雨造成危害酸雨侵蚀后的汉白玉石柱在下表中，用“√”表示大量耗用该类能源对环境会有明显破坏，用“×”表示对环境不会造成明显破坏。在耗用各种能源时，对环境是否会造成破坏呢？想想议议1．提高能源的利用率，减少在能源使用中对环境的破坏。自2012年6月1日起，北京的机动车燃油进行了最新一轮的升级，升级后的燃油更加环保，可以改善大气质量。三、能源与可持续发展可再生能源：太阳能、风能、水能等可以在自然界里源源不断地得到。2．发展新的理想能源不可再生能源：化石能源、核能等能源会越用越少。你认为风能、太阳能、核能以及你所想到的可能的能源，哪些有可能成为未来的理想能源，为什么？能源家族中，有木柴、煤炭、石油、天然气、水能、风能、太阳能、核能等，哪些属于不可再生能源？哪些属于可再生能源？想想议议课堂小结能量转移和能量转化的方向性能源消耗对环境的影响能源与可持续发展