1、22 能源與可持續發展第1節能源一、人類利用能源的歷程1、能源（1）能量：物質的運動和相互作用的方式多種多樣，每種運動形式都對應相應的能量。（2）能源：能夠提供能量的物質資源叫做能源。煤、石油、天然氣是當今人類利用的主要能源。（3）能源與能量的區別能源能量定義能夠提供能量的物質資源物體做功本領的量度本質可以提供某種形式能量的物質與物質及其運動相聯系，對應不同形式的運動有不同形式的能量練習能源的利用過程，實質上就是能量的轉化和轉移的過程2、能源的種類（1）化石能源：我們今天使用的煤、石油、天然氣，是千百萬年前埋在地下的動、植物經過漫長的地質年代形成的，所以稱為化石能源。（2）生物質能：由生命物質

2、提供的能量稱為生物質能。生物質能是化學能源的一種，他可以理解成機體物質發生化學變化時釋放的能量。（3）太陽能：由太陽輻射提供的能量。（4）風能、水能：都屬于自然界提供的機械能。（5）地熱能：由地球內部提供的能量。3、人類利用能源的歷程能源利用進程能源利用簡介意義能量轉化過程火的利用祖母去或使從利用自然火到利用人工火的轉變，開啟了以柴薪作為主要能源的時代。柴薪能源的開發和應用，帶動了畜牧漁業的發展，而且直接導致了陶器的產生，加快了金屬冶煉和制造業的發展，人類以柴薪為主要能源的時代，持續了近一萬年，現在，柴薪仍是某些發展中國家的重要生活能源。第一次使人支配了一種自然力機械能轉化為內能化石能源的利用

3、蒸汽機的發明是人類利用能量的新里程碑。人類從此逐步以機械動力大規模代替人力和畜力，它直接導致了第二次能源革命。從18世紀中葉開始的這次能源革命使人類文明在短短二百多年中發生了飛速進步。化石能源是當今世界的主要能源，推動了化是燃料工業的興起，使人類進入工業化社會，使人類又進入電氣時代引發了世界性的工業革命內能轉化為機械能電能的利用19世紀以來，電磁感應現象的發現，使得由蒸汽機作為動力的發電機開始出現，發電機的發明使煤、石油等化石能源轉換成更加便于輸送和利用的電能。電能的利用是人類進入現代文明社會的標志。電能是由其它形式的能轉化而來的。它最終還要轉化為光能、內能、動能等其他形式的能，才能為人類所用

4、將人類社會飛速推進到現代文明時代機械能轉化為電能核能的發現20世紀40年代，科學家發明了可以控制核能釋放的裝置核反應堆，拉開了以核能為代表的新能源利用的序幕。幾十年來，核電已經成為了一種相當成熟的技術。由于核電比火電更清潔、安全、經濟，核能在許多經濟發達國家已經成為常規能源開始開發和利用核能的新紀元核能轉化為電能4、一次能源和二次能源像化石能源這樣可以直接從自然界中獲得的能源，我們稱為一次能源。我們使用的電能，無法從自然界直接獲取，必須通過消耗一次能源才能得到，所以稱電能這樣的能源為二次能源。常見的一次能源有：煤、石油、天然氣、風能、水能、太陽能、地熱能、核能等。常見的二次能源有：電能、汽油、

5、柴油等。注意：辨別一次能源和二次能源的依據一次能源是可以直接從自然價獲得的能源；二次能源是由一次能源經過加工轉換而得到的，如電能、煤氣、焦炭、汽油、柴油等。區分一次能源和二次能源的關鍵是看其是否經過加工轉換。知識擴展：能源有不同的分類標準，除按能否直接從自然界獲得來分為一次能源與二次能源外，還有以下幾種分類情況：（1）按對環境的影響可分為清潔能源：指不排放污染物的能源：如太陽能、電能、水能、地熱能等。污染能源：指人類再利用過程中會污染環境的能源，如煤、石油，天然氣等。（2）按人類開發早晚和使用情況可分為常規能源和新能源。常規能源：指已經大規模生產和廣泛利用的能源，如煤、石油、天然氣及水能等。新

6、能源：指剛開始開發利用或正在積極研究、有待推廣的能源：如核能、太陽能、潮汐能、地熱能等。5、人類廣泛使用電能的原因：電能是由其他形式的能轉化而來的二次能源。由于電能便于輸送和轉化，又加上現代社會離不開各種各樣的用電器，所以電能的利用是人類進入現代文明社會的標志。人們使用不同的用電器，根據需要將電能轉化為其他各種形式的能量。二、21世紀的能源趨勢1、能源危機：由于世界人口的急劇增加和經濟的不斷發展，能源的消耗持續增長。特別是近幾十年來，能源消耗增長速度明顯加快。所以開發新能源、更好地利用已知能源，是全球范圍內的重要課題。2、解決能源問題的出路：隨著第三次能源革命序幕的拉開，核能成為主要能源。同時

7、人類正著力開發取之不盡、用之不竭的太陽能，并取得了重大成就。核能、太陽能的開發和利用為人類的能源問題找到了新的出路。面對目前的能源趨勢，解決能源問題的主要出路有：一是提高能源的利用率，做到科學開發，節約使用；二是開發和利用新能源，如太陽能、風能、地熱能等。第2節核能一、核能1、原子、原子核的組成（1）分子由原子構成，原子由原子核和核外電子構成，其中原子核帶正電，核外電子帶負電。（2）原子由原子核和核外繞核旋轉的電子構成，原子核由質子和中子組成，質子帶正電荷，其電荷量跟電子的電荷量相等，中子不帶電，整個原子不顯電性。質子的質量比電子大得多，質子和中子的質量幾乎相同，二者在一起構成非常小的原子核，

8、就像幾顆豆粒擠在原子這個大廣場的中央。2、核能（1）質子、中子依靠強大的核力緊密的結合在一起，因此原子核十分牢固，要使它們分裂或結合是極其困難的。但是，一旦質量較大的原子核發生分裂或質量較小的原子核相互結合，就有可能釋放出驚人的能量，這就是核能。（2）核能屬于一次能源，也屬于新能源，釋放核能的方式有兩種：核裂變和核聚變。二、裂變1、裂變：用中子轟擊質量比較大的鈾235原子核，使其發生裂變，變成兩個質量中等大小的原子核，同時釋放出巨大的能量，這種現象叫做裂變。1kg鈾全部裂變，釋放的能量超過2000t煤完全燃燒時釋放的能量。2、鏈式反應：用中子轟擊鈾235原子核，鈾核分裂時釋放出核能，同時還會產

9、生幾個新的中子，這些中子又會轟擊其他鈾核。于是就導致一系列鈾核持續裂變，并釋放出大量核能，這就是裂變中的鏈式反應。3、裂變的應用：原子核在裂變時能夠釋放出大量的能量。（1）如果對鏈式反應不加控制，將在極短時間內釋放出巨大的核能，發生劇烈爆炸，原子彈就是根據這一原理制成的。（2）我們還可以控制鏈式反應的速度，把核能用于和平建設事業。“核反應堆”就是控制鏈式反應的裝置。控制鏈式反應的速度，能夠緩慢地、平穩的釋放核能的裝置，叫做核反應堆，核反應堆是核電站的核心設備，它以鈾為核燃料。核反應堆中放出的核能轉化為高溫高壓蒸汽的內能，通過汽輪機和發電機轉化為電能。核反應堆核電站工作流程（3）核電站工作流程第

10、一回路中的水或者其他液體被泵壓入核反應堆，在那里加熱，然后進入熱交換器，把熱量傳遞給第二回路的水，以后又被泵壓回到核反應堆里。在熱交換器內，第二回路中的水經加熱生成高溫高壓蒸汽送入汽輪機，驅動汽輪機做功后溫度和壓強都降低，進入冷凝器，最后又由泵把它壓回熱交換器。高速旋轉的汽輪機帶動發電機發電可見，核電站發電時能量轉化順序是：核能內能機械能電能。核電站特點：消耗的燃料少、廢渣也少、對大氣基本無污染。成本低，一些發達國家的核電已占相當大的比例，我國的核電事業發展的也很快。可以大大減少燃料的運輸量，特別適合能源缺乏的地區使用。要防止發射性物質的泄漏，避免放射性污染，確保安全。知識拓展：各種發電方式的

11、特點 發電類型特點火力發電水力發電核能發電風力發電能量轉化化學能內能機械能電能水能電能核能內能機械能電能風能電能應用范圍廣泛較廣泛較小較小對環境的污染程度較大沒有較小沒有三、聚變1、如果將某些質量很小的原子核，在超高溫下結合成新的原子核，也會釋放出巨大的核能，這就是聚變。聚變反應要求一開始就要有很高的溫度，因此聚變反應也稱為熱核反應。2、大量氫核的聚變，可以在瞬間釋放出驚人的能量。清單就是利用核聚變原理制造的一種比原子彈威力還要大的核武器。太陽內部也在時刻不停地發生著核聚變。3、裂變與聚變的比較比較裂變聚變定義較大原子核分裂為較小原子核的過程質量很小的原子核結合成較大原子核的過程條件用中子轟擊

12、較大原子核超高溫釋放核能大小巨大更加巨大是否可控制可利用核反應堆控制鏈式反應的速度目前，核聚變速度還不能認為控制應用原子彈、核電站氫彈4、核能的利用特點核能的優點核能十分巨大，它能極大的補充人類能源的不足，使用核能大大節約了常規能源核能能夠解決能源分布不均衡的問題核能的缺點核能屬于一次能源，且會越用越少核能存在核污染，產生核輻射，會對地球生物造成傷害核反應堆中會產生核廢料，在治理核廢料過程中，代價較高核電站應用地域核電站一般建在能源需求量大，而且能源十分缺乏的地區核電站建在離人群較遠的地區，避免對人畜造成傷害第3節太陽能一、太陽巨大的“核能火爐”1、太陽的構造：從內到外一次是太陽核心、輻射曾、

13、對流層、太陽大氣。2、太陽能的由來氫核聚變。在太陽內部，氫原子核在超高溫下發生聚變，釋放出巨大的核能。因此可以講，太陽核心每時每刻都在發生氫彈爆炸，所以說太陽是一個巨大的“核能火爐”。3、太陽能的傳遞熱輻射。太陽核心的溫度高達1500萬攝氏度，太陽核心釋放的能量向外擴散可以傳送到太陽表面。太陽表面溫度約為6000，就像一個高溫氣體組成的海洋。大部分太陽能以熱和光的形式向四周輻射開去。二、太陽是人類能源的寶庫1、地球上除核能、地熱能和潮汐能以外所有的能量都來自太陽，所以說太陽是人類能源的寶庫。2、化石能源的形式：遠古時期陸地和海洋中的植物，通過光合作用，將太陽能轉化為生物體的化學能。在它們死后，

14、軀體埋在地下和海底，腐爛了。滄海桑田，經過幾百萬年的沉積、化學變化、地層的運動，在高壓下漸漸變成了煤和石油。在石油形成過程中還放出天然氣。今天我們開采的化石燃料來獲取能量，實際上是在開采上一年前地球所接收的太陽能。三、太陽能的利用1、利用太陽能的四個渠道（1）綠色植物的“光化轉換”。通過植物的光合作用（被植物、微生物吸收）將太陽能儲存起來，再以草木、沼氣、煤、石油、天然氣等形式釋放出來，實現光能轉化為化學能。（2）空氣水分的“光機轉換”。由于太陽的熱輻射，使大氣和水分升騰循環，再通過風、水等形式釋放出來，實現光能轉化為機械能。（3）被海洋吸收，成為海洋內能。（4）直接被人們利用。人們直接利用太

15、陽能的方式有兩種：集熱器的“光熱轉換”，實現太陽能轉化為內能；太陽能電池的“光電轉換”，實現太陽能轉化為電能。2、太陽能的優缺點（1）優點：太陽能作為一種新能源，它具有一些普通能源不可比擬的優點。太陽能取之不盡，用之不竭，太陽內部的熱核反應足以持續50億年，是人類可以利用的最豐富的永久性資源。太陽能分布廣闊，不需要挖掘、開采和運輸，透入少收益大。太陽能是一種清潔能源，使用時不會帶來任何污染。（2）缺點：太陽能雖然具有傳統能源所沒有的優點，但也有一些缺點給利用上帶來一些困難。太陽能到達地球上非常分散，需要裝置有相當大的接收面積，提高了接收裝置的造價。太陽能的利用受氣候、晝夜的影響很大。因此必須有

16、貯存張志，這不僅增加了技術上的困難，也使造價增加。目前雖然已經制成多種貯存系統，但總是不夠理想，具體應用也有一定困難。太陽能轉換效率很低。第4節能源與可持續發展一、能量轉移和能量轉化的方向性1、能量的轉移和轉化具有方向性。2、節約能源：能量的轉化、能量的轉移，都是有方向性的。人們是在能量的轉化或轉移的過程中利用能量的，因此，不是什么能量都可以利用。能源的利用是有條件也是有代價的，我們所能利用的能源是有限的，所以需要節約能源。二、能源消耗對環境的影響1、能源消耗對環境的影響，主要體現在以下幾個方面：（1）能源消耗會造成熱污染。化石能源在使用時會產生大量的內能，其中被利用的內能只是其中的一部分，還

17、有相當一部分沒有被利用，從而造成了熱污染。汽車尾氣就是造成城市熱島效應的原因之一。（2）大量燃燒化石能源會造成空氣污染和溫室效應的加劇。如燃燒石油和天然氣、煤等會產生大量的CO2、SO2、氮氧化物等氣體，除污染空氣和加劇溫室效應外，還會形成酸雨，導致水、土壤酸化，對植物、建筑物、金屬構件等造成危害。（3）一些欠發達國家用柴薪能源除會造成空氣污染、產生廢物外，還會加劇水土流失和沙漠化。（4）作為第三次能源革命的標志核能的開發和利用，也不是絕對清潔和安全的，處理不當會造成有害輻射。2、人類不應當無限制的向大自然索取，我們必須在提升物質文明的同時，保持與自然、環境的和諧與平衡。不要因為利用能源時會對

18、環境造成污染而停止使用能源，也不要因為能源的利用促進了文明和社會的發展而對環境造成嚴重污染。使用能源和保護環境可以做到有機的統一和諧的發展。要解決這個問題，當然離不開科學技術的進步和社會的發展。三、能源與可持續發展1、可持續發展可持續發展就是既要考慮當前發展需要，又要考慮未來發展需要，不能以犧牲后人的利益為代價來滿足當代人的需求。可持續的能源生產和消費，已成為社會經濟可持續發展的重要前提之一。一方面，應該提高能源的利用率，減少能源使用中對環境的破壞；另一方面，發展新的理想能源。2、不能再生能源和可再生能源化石能源、核能等能源會越用越少，不能在短期內從自然界得到補充，這類能源稱為不可再生能源。想水能、風能、太陽能、生物質能等可以在 自然界里源源不斷的得到，所以我們把它們稱為