生活中的生物能源有:
生物能源既不同于常规的矿物能源,又有别于其他新能源,兼有两者的特点和优势,是人类最主要的可再生能源之一.
生物质包括植物、动物及其排泄物、垃圾及有机废水等几大类.从广义上讲,生物质是植物通过光合作用生成的有机物,它的能量最初来源于太阳能,所以生物质能是太阳能的一种,它的生成过程如下: 叶绿素 CO2+H2O+太阳能(CH2O)+O2
叶绿素
每个叶绿素都是一个神奇的化工厂,它以太阳光作动力,把CO2和水合成有机物,它的合成机理目前人类仍未清楚.研究并揭示光合作用的机理,模仿叶绿素的结构,生产出人工合成的叶 生物质和生物能源手册
绿素,建成工业化的光合作用工厂,是人类的梦想.如果这一梦想能实现,它将根本上改变人类的生产活动和生活方式,所以研究叶绿素的机理一直是激动人心的科学活动
生物质能
生物质是太阳能最主要的吸收器和储存器.太阳能照射到地球后,一部分转化为热能,一部分被植物吸收,转化为生物质能;由于转化为热能的太阳能能量密度很低,不容易收集,只有少量能被人类所利用,其他大部分存于大气和地球中的其他物质中;生物质通过光合作用,能够把太阳能富集起来,储存在有机物中,这些能量是人类发展所需能源的源泉和基础.基于这一独特的形成过程,生物质能既不同于常规的矿物能源,又有别于其他新能源,兼有两者的特点和优势,是人类最主要的可再生能源之一.
生物质能的分类
生物质具体的种类很多,植物类中最主要也是我们经常见到的有木材、农作物(秸秆、稻草、麦秆、豆秆、棉花秆、谷壳等)、杂草、藻类等.非植物类中主要有动物粪便、动物尸体、废水中的有机成分、垃圾中的有机成分等.
编辑本段可观的数目
由于地球上生物数量巨大,由这些生命物质排泄和代谢出许多有机质,这些物质所蕴藏的能量是相当惊人的.根据生物学家估算,地球上每年生长的生物能总量约1400—1800亿吨(干重),相当于目前世界总能耗的10倍.我国的生物质能也极为丰富,现在每年农村中的秸秆量约6.5亿吨,到2010年将达7.26亿吨,相当于5亿吨标煤.柴薪和林业废弃物数量也很大,林业废弃物(不包括炭薪林),每年约达3700万m3,相当于2000万吨标煤.
编辑本段地位
随着人类大量使用矿物燃料带来的环境问题日益严重,各国政府开始关心重视生物质能源的开发利用.虽然各国的自然条件和技术水平差别很大,对生物质能今后的利用情况将千差万别,但总的来说,生物质能今后的发展将不再像最近200多年来一样日渐萎缩,而是重新发挥重要作用,并在整个一次能源体系中占据稳定的比例和重要的地位.
编辑本段影响生物质能开发利用的因素
简述
影响生物质能开发利用的因素很多,所以不同的预测方法结果差别很大,从100到300EJ,但不论哪种预测方法都说明了生物质在未来的能源体系中有特别重要的意义,不论那个时 合肥金意公司生物柴油炼油平台
间,生物质能总是总能耗的10-30%之间.
化学角度看
从化学的角度上看,生物质的组成是C-H化合物,它与常规的矿物燃料,如石油、煤等是同类.由于煤和石油都是生物质经过长期转换而来的,所以生物质是矿物燃料的始祖,被喻为即时利用的绿色煤炭.正因为这样,生物质的特性和利用方式与矿物燃料有很大的相似性,可以充分利用已经发展起来的常规能源技术开发利用生物质能.但与矿物燃料相比,它的挥发组分高,炭活性高,含硫量和灰分都比煤低,因此,生物质利用过程中SO2、NOx的排放较少,造成空气污染和酸雨现象会明显降低;这也是开发利用生物质能的主要优势之一.
色能源
生物能源又称绿色能源,是指从生物质得到的能源,它是人类最早利用的能源.古人钻木取火,伐薪烧炭,实际上就是在使用生物能源. “万物生长靠太阳”,生物能源是从太阳能转化而来的,只要太阳不熄灭,生物能源就取之不尽.其转化的过程是通过绿色植物的光合作用将二氧化碳和水合成生物质,生物能的使用过程又生成二氧化碳和水,形成一个物质的循环,理论上二氧化碳的净排放为零.生物能源是一种可再生的清洁能源,开发和使用生物能源,符合可持续的科学发展观和循环经济的理念.因此,利用高新技术手段开发生物能源,已成为当今世界发达国家能源战略的重要内容. 但是通过生物质直接燃烧获得的能量是低效而不经济的.随着工业革命的进程,化石能源的大规模使用,使生物能源逐步被煤和石油天然气为代表的化石能源所替代.但是,工业化的飞速发展,化石能源也被大规模利用,产生了大量的污染物,破坏了自然界的生态平衡,为了进行可持续发展,以及化石能源的弊端日益显现,生物能源的开发和利用又被人们所侧重. 张国宝会见美国能源部助理部长卡斯纳先生
哪些生物质能
因此,人类走向以生物能源开发利用为标志的可再生能源时代,意义十分重大:能大量利用农村的土地,提高农民收入.直接增加能源供给,改善大气环境,使二氧化碳的排放与吸收形成良性循环,缓解二氧化碳排放的压力.当前生物能源的主要形式有沼气,生物制氢,生物柴油和燃料乙醇. 沼气是微生物发酵秸秆,禽畜粪便等有机物产生的混合气体,主要成分是可燃的甲烷.生物氢可以通过微生物发酵得到,由于燃烧生成水,因此氢气是最洁净的能源.生物柴油是利用生物酶将植物油或其他油脂分解后得到的液体燃料,作为柴油的替代品更加环保.燃料乙醇是植物发酵时产生的酒精,能以一定比例掺入汽油,使排放的尾气更清洁.虽然现在的主要能源还是化石能源,但是生物能源的前途无量.虽然生物能源的开发利用处于起步阶段,生物能源在整个能源结构中所占的比例还很小,但是其发展潜力不可估量.以我国为例,目前全国农村每年有7亿吨秸秆,可传化为1亿吨的酒精.南方有大量沼泽地,可以种植油料作物,发展生物柴油产业.加上禽畜粪便,森林加工剩余物等.我国现有可供开发用于生物能源的生物质资源至少达到4.5亿吨标准煤,相当于我国2000年全部一次能源消费的40%.
百度百科上的呵呵
在我们日常生日中有哪些科技的知识是我们不知道的呢?下面是我为你整理的生活科技知识,供大家阅览!
生活科技知识:高新科技
1.信息高速公路
“信息高速公路”最早是由原美国副总统戈尔在1993年提出的,其具体定义是:“国家信息基础结构是一个能给用户提供大量信息的、由通信网络、计算机、数据库以及日用电子产品组成的完备网络”。信息高速公路由四大部分组成,它们是通信网、各种信息网服务设备、相关的软件与工具、信息资源。
2.4G
4G是第四代移动通信及其技术的简称,是集3G、WLAN于一体并能够传输高质量视频图像以及图像传输质量与高清晰度电视不相上下的技术产品。与传统的通信技术相比,4G通信技术最明显的优势在于通话质量及数据通信速度。其最大的数据传输速率是3G速率的50多倍。
3.智慧地球
智慧地球也称为智能地球,核心是以一种更智慧的方法通过利用新一代信息技术来改变政府、公司和人们相互交互的方式,以便提高交互的明确性、效率、灵活性和响应速度。这一概念由IBM首席执行官彭明盛首次提出。
4.卫星通信
卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站来转发或反射无线电信号,在两个或两个以上地面站之间进行的通信。只要在定点同步轨道上等距离分布3颗卫星,即可实现除南北极地区以外全球范围内的通信。利用这一原理,于1999年10月开通的“全球星”低轨移动卫星通信系统,实现了全球移动电话漫游和全球寻呼。
5.云计算
云计算概念是由Google提出的。它旨在通过网络把多个成本相对较低的计算实体整合成一个具有强大计算能力的完美系统。云计算的核心思想,是将大量用网络连接的计算资源统一管理和调度,构成一个计算资源池向用户按需服务。
6.高性能工程塑料
高性能工程塑料,具有许多金属材料难以比拟的优点:重量轻、强度高、耐磨损、不生锈、成本低。一辆汽车如果采用全塑料车身,再加上使用陶瓷发动机,车的自重可减轻一半,效率可提高50%以上。
7.新型复合材料
玻璃钢、碳纤维复合材料、陶瓷复合材料是近年来发展较快的新型复合材料。玻璃钢是一种玻璃纤维增强塑料,其强度可与钢相媲美,是目前产量高、用途广的一种复合材料。用碳纤维—陶瓷复合材料制作的新型高速喷气机涡轮叶片,能承受1400℃的高温和每分钟3万转的高转速,在重量上比钛合金叶片轻一半。随着碳纤维复合材料在飞机上的大量应用,飞机重量有可能减轻50%。
8.超导材料
由荷兰物理学家昂尼斯发现。根据临界温度的不同,超导材料可以被分为:高温超导材料和低温超导材料。超导材料有两个极具利用价值的特性:一是零电阻性,利用超导体可最大限度地降低超高压输电的损耗二是磁悬浮性,超导悬浮技术现在被用在无磨损轴承、磁悬浮列车,以及粒子加速器、核聚变反应堆的研制上。
9.太阳能
太阳能一般是指太阳光辐射的能源,是太阳内部或者表面的黑子连续不断的核聚变反应过程产生的能量。太阳能的利用主要有三种形式:光热转换、光电转换和光化学转换。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。
10.生物质能
生物质能是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式,即以生物质为载体的能量。它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用,可转化为常规的固态、液态和气态燃料,取之不尽、用之不竭,是一种可再生能源,同时也是唯一一种可再生的碳源。生物质能是世界第四大能源,仅次于煤炭、石油和天然气。
11.核能
核能又称原子能,包括裂变能和聚变能两种主要形式。核裂变主要应用于核能发电,技术应用比较成熟。核聚变则有几大优点:安全、无污染、高效,核能中聚变能是一种无限、清洁、安全的理想能源。核能发电不像化石燃料发电那样排放巨量的污染物质到大气中,因此核能发电不会造成空气污染,也不会产生加重地球温室效应的二氧化碳。
12.海洋能
海洋能是海洋通过各种物理过程接收、储存和散发能量,这些能量以潮汐、波浪、温度差、海流等形式存在于海洋中。海洋能主要包括:温度差能、盐度梯度能、海流能、潮汐能和波浪能等,主要用于发电。海洋能的蕴藏量大,并且可以再生不绝。但能流的分布不均、密度低,且能量多变、不稳定,因此海洋能利用率较低。
13.蛋白质
蛋白质是生命的物质基础,没有蛋白质就没有生命。
蛋白质是一种复杂的有机化合物,由氨基酸分子呈线性排列所形成,相邻氨基酸残基的羧基和氨基通过肽键连接在一起。目前在绝大多数已鉴定的天然蛋白质中发现的氨基酸有20种,不过在自然界中还存在着一些特殊的氨基酸。
14.DNA
遗传过程实质上是遗传物质传递的过程。遗传信息的传递是依靠DNA的复制过程进行的。DNA存在于生物体的每一个细胞中。1953年,詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克提出DNA的双螺旋结构。
15.转基因食品
转基因食品是利用现代分子生物技术,将某些生物(包括动物和植物)的基因转移到其他物种中去,改造生物的遗传物质,使其在形状、营养品质、消费品质等方面向人们所需要的目标转变。
16.量子力学
量子力学是描述微观世界结构、运动与变化规律的物理科学。量子力学的产生和发展标志着人类认识自然实现了从宏观世界向微观世界的重大飞跃。2009年8月,我国建成世界首个全通型量子通信网络。量子保密通信技术基于量子力学原理,能确保两地之间密匙分配的绝对安全性。
17.空间资源
宇宙空间或太空也称外层空间,是指地球稠密大气层之外的空间区域。1981年召开的国际宇航联合会第32届大会,分别将陆地、海洋、大气层和外层空间称为人类的第一、第二、第三和第四环境。
18.海洋能源开发工程
海洋能源是海洋中的可再生自然能源,主要包括潮汐的温差能、波浪能、海流能等。
二、生活中的科技常识
1.物理常识
(1)挂衣钩:塑料挂衣钩紧贴在墙面上时,塑料吸盘与墙壁间的空气被挤出,大气压强把塑料吸盘紧压在墙壁上。挂上衣服或书包后,塑料吸盘与墙壁产生的摩擦力,以平衡衣服或书包的重力,所以能挂住衣服或书包。
(2)汽车前窗:除大型客车外,绝大多数汽车的前窗都是倾斜的。当汽车的前窗玻璃倾斜时,车内乘客经玻璃反射成的像在车的前上方,而路上的行人是不可能出现在上方的空中的,这样就将车内乘客的像与路上行人分离开来,司机就不会出现错觉,避免因平面镜成像而造成事故。
(3)水管出汗:夏天,自来水管“出汗”并不是管内的水渗漏,而是自来水管大都埋在地下,水的温度较低,空气中的水蒸气接触水管,就会放出热量液化成小水滴附在外壁上。如果管壁大量“出汗”,说明空气中水蒸气含量较高,湿度较大,这正是下雨的前兆。
2.化学常识
(1)食品保存:为了防止食品受潮、变质或变形,常在食品袋内充入二氧化碳或氮气或在袋内放干燥剂:生石灰、氯化钙主要是吸水,铁主要是吸收氧气和水或采取真空包装。
(2)雨后空气清新:夏日雷雨过后,人们会感到空气特别清新,是因为在闪电时,发生了化学变化,空气中的有些氧气变成了臭氧。浓的臭氧很臭,具有很强的氧化能力,能够漂白与杀菌。稀薄的臭氧会给人以清新的感觉。雷雨后,空气中会弥漫着少量的臭氧,因此人们会感到空气清新。
3.医学常识
(1)药物过敏:患者首先应该多喝些温开水,便于药物尽快排泄,同时要留意身体变化。如果出现较严重的过敏症状,可采取必要的急救措施,如服用抗组织胺、收缩血管的药物,或注射皮质激素等。
(2)服药时间:宜安排在饭前服用的药物一般对胃无多大刺激,饭前胃空,服药后能充分吸收、可使药物保持有效浓度,迅速发挥药效。对胃肠有明显的刺激的药物,最好饭后服用。有些药物,如胃酶片、淀粉酶、稀盐酸等需要和食物在一起,才可及时且最大地发挥助消化作用,为此,这些药物宜在饭中服用。为了使药物迅速进入肠内并保持高浓度,有些药物宜在清晨空腹服用。
4.电器常识
(1)3D电视:三维立体影像电视的简称。它利用人的双眼观察物体的角度略有差异,因此能够辨别物体远近,产生立体的视觉这个原理,把左右眼所看到的影像分离,从而令用户无需借助立体眼镜即可裸眼体验立体感觉。3D液晶电视的立体显示效果,是通过在液晶面板上加上特殊的精密柱面透镜屏,将经过编码处理的3D视频影像独立送入人的左右眼,从而令用户无需借助立体眼镜即可裸眼体验立体感觉,同时能兼容2D画面。
(2)LED:即发光二极管,是一种固态的半导体器件,它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片,晶片的一端附在一个支架上,一端是负极,另一端连接电源的正极,使整个晶片被环氧树脂封装起来。鉴于LED的自身优势,目前主要应用于显示屏、交通讯号、汽车工业、家用室内照明等。
5.自然现象
(1)震前征兆:地震前,动物会烦躁不安。如:大量老鼠白天在外活动,猫、狗等因为恐慌狂吠大叫,大量鱼跃出水面,大批青蛙、蟾蜍上岸活动,家畜没有食欲,家里出现大量蟑螂、蚂蚁,牛、马不进圈,鸽子、野鸭不回巢,冬天蛇不冬眠出洞乱爬等。
(2)海鸥识天气:海鸥是海上航行安全的“预报员”。如果海鸥贴近海面飞行,那么未来的天气将是晴好的如果它们沿着海边徘徊,那么天气将会逐渐变坏如果海鸥离开水面,高高飞翔,成群结队地从大海远处飞向海边,或者成群的海鸥聚集在沙滩上或岩石缝里,则预示着暴风雨即将来临。
(3) 极光现象:当太阳放射出来的大量带电微粒射向地球时,受到地球南、北磁极的吸引,纷纷向南、北极地区涌入,所以,极光就集中出现于南、北极地区。
6.急救常识
(1)骨折:确定有骨折后,一定要对伤肢(指)作固定再送医院,否则骨折断端异常活动,会加重损伤。可因地制宜,用木板、木棍、树枝、竹竿、杂志等作为固定用的临时夹板。若无上述材料,也可将上肢固定在躯干上,下肢固定在对侧的健肢上。
(2)中暑:轻中度中暑者,应将其迅速转移到阴凉通风处静卧休息,脱掉或解开衣服,用冷毛巾擦身,以迅速降低体温。可让中暑者喝一些凉盐水、清凉含盐饮料。若患者出现神志不清、抽搐,应立即送医院。
(3)蜂蜇伤:外出郊游一旦被蜜蜂蜇伤,应小心地将残留的毒刺拔出,轻轻挤捏伤口,挤出毒液,涂一点氨水或苏打水。若是被黄蜂蜇伤,应涂醋酸水,以中和毒液。局部冷敷可减轻肿痛。若出现恶心、头晕等异常反应,应立即去医院就诊。
7.安全常识
(1)安全色的识别:安全色中的红色表示禁止、停止、消防和危险的意思黄色表示注意、警告的意思蓝色表示指令、必须遵守的规定绿色表示通行、安全和提供信息的意思。
(2)触电急救:当发现有人触电时,尽快找到电闸,切断电源是当务之急。如果暂时找不到电源,可就近找一样绝缘的东西,如木棍或塑料管子,挑开触电者与电源的接触,然后检查触电者的反应。如果发现其已经没有了心跳和呼吸,应立即就地对其进行人工呼吸和胸外按压,同时让别人拨打急救电话。
(3)火灾应急:如果门窗、通道、楼梯已经被烟火封住,确实没有可能向外冲时,可以向头部、身上浇一些冷水,或者用湿毛巾、湿被单把头包好,用湿棉被、湿毯子把身体裹好,再从火里冲出去。因为湿的东西不易燃烧,所以裹上湿东西可以保护自己。如果浓烟太大,呛得透不过气,可以用口罩或者毛巾捂住口鼻,身体尽量贴着地面前进,或者爬行,因为浓烟一般都在上面漂浮着,接近地面的区域烟较少。
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1.我国的生物质能资源情况
我国拥有丰富的生物质能资源,据测算,我国理论生物质能资源50×108t左右,是我国目前总能耗的4倍。生物质能资源按原料的化学性质分,主要为糖类、淀粉和木质纤维素类。按原料来源分,则主要包括以下几类:(1)农业生产废弃物,主要为作物秸秆。(2)薪柴、枝丫柴和柴草。(3)农林加工废弃物,木屑、谷壳和果壳。(4)人畜粪便和生活有机垃圾等。(5)工业有机废弃物、有机废水和废渣等。(6)能源植物,包括所有可作为能源用途的农作物、林木和水生植物资源等。其中来源最广、储量最大、利用前景最可观的是农业生物质和林业生物质这两大类。
1)农业生物质
农业生物质资源包括农产品加工废弃物和农作物秸秆,如图7.13所示。农产品加工废弃物有花生壳、玉米芯、稻壳和甘蔗渣等;农作物秸秆包括水稻秸秆、小麦秸秆和玉米秸秆等。据统计,我国各地区主要农业生物质的可利用总量约为5.6×108t,排名前三的地区分别是山东、河南、河北,而秸秆类农业生物质资源利用的主要方向为24%用于饲用,15%用于还田,2.3%用于工业,剩余的约60%用于露地燃烧或薪柴。因此,我国的农业生物质资源的应用潜力非常大。
图7.13 农业生物质
2)林业生物质
我国现有森林面积约1.95×108hm2,林业生物质总量超过180×108t,其中可利用的林业生物质资源有以下三类:一类是木本淀粉类资源,如栎类、果实、橡子等;二类是木本油料资源,如油桐、油茶、黄连木、文冠果、麻疯树等;三类是木质燃料资源,如灌木林、薪炭林、林业“三剩物”等。而且,我国还有近4000×104hm2的宜林荒山、荒地可用于种植能源林,还有近600×104hm2疏林地和5000×104hm2郁闭度(指森林中乔木树冠遮蔽地面的程度)低于0.4的低产林地可用于改造。
目前世界上已有20多个国家在种植“柴油树”。我国河北省武安市马家庄乡连绵起伏的青山上,满山遍野生长着枝繁叶茂的黄连木树,这种树木的果实可以提炼柴油,当地群众将它称为“柴油树”。现在武安市共有这样的“柴油树”10万亩,年提炼柴油产量可达1000×104kg。据介绍,到2012年,武安市计划将“柴油树”发展到20万亩,年产柴油量达到2000×104kg。
2.生物质能资源的利用
主要应用在生物乙醇、生物柴油、生物质固体成型燃料和生物质能发电行业。
1)生物乙醇的应用
生物乙醇是指通过微生物的发酵将各种生物质转化为燃料酒精。它可以单独或与汽油混配制成乙醇汽油作为汽车燃料。我国生产生物乙醇的原料有甘蔗、甜高粱、木薯等高能品种,并建立了年产能力达5000t的甜高粱茎秆生产乙醇的工业示范装置。因传统粮食生产乙醇价格昂贵,为降低生产成本,我国已转向对微生物混合发酵法的研发。国家发展和改革委员会称,到2020年,我国15%生物质燃料将应用在汽车、轮船等行业。
2)生物柴油的应用
可从动植物油,如大豆、油菜、动物油脂以及餐饮垃圾中提炼生物柴油,因其环保性、润滑性、安全性能良好,可与石化柴油混合作为燃料。2005年6月,我国使用自主研发的生物酶法生产生物柴油,技术指标达到欧美生物柴油标准,标志着我国生物柴油研究取得了突破性进展。2010年生物柴油产能达300×104t/年,主要用于交通运输行业。我国提出了在2020年,生物柴油产能达200×104t的目标,已在海南建立了6×104t/年装置,产量居我国首位。
3)生物质固体成型燃料的应用
生物质固体成型燃料是将城市垃圾或农林废弃物,通过外力作用,压缩成型来增加其密度的可燃物质,具有高效、清洁、无污染等优点。图7.14为生物质捆装压缩示意图。我国的生物质成型燃料生产设备有螺旋挤压式、活塞冲压式、模辊碾压式,燃料形状主要有块状、棒状、颗粒状三种。北京奥科瑞丰公司生物质固体成型燃料年产量为60×104t,居全国首位,主要应用在直接燃烧取暖与工业锅炉等方面。
图7.14 生物质捆装压缩
4)生物质能发电的应用
生物质能发电是利用生物质所具有的生物质能进行的发电,是可再生能源发电的一种,包括农林废弃物直接燃烧发电、农林废弃物气化发电、垃圾焚烧发电、垃圾填埋气发电、沼气发电。为推动生物质能发电技术的发展,2003年以来,国家先后核准批复了河北晋州、山东单县和江苏如东三个秸秆发电示范项目,颁布了《中华人民共和国可再生能源法》,并实施了生物质能发电优惠上网电价等有关配套政策,从而使生物质能发电,特别是秸秆发电迅速发展。
2008年,蒙牛建成全球最大的生物质能沼气发电厂,得到联合国开发计划署环保基金的大力支持。图7.15为蒙牛生物质能沼气发电厂。
图7.15 蒙牛的全球最大生物质能沼气发电厂
3.生物质能开发利用的主要技术
生物质能开发利用在目前阶段的主要技术有三大类:物理转化、化学转化和生物转化。涉及压缩成型、气化、液化、热解、发酵、水解等具体技术,具体情况如图7.16所示。
1)物理转化
生物质的物理转化是将农林废弃物,如秸秆、锯屑、稻壳、蔗渣等,干燥后在一定压力的作用下,压制成棒状、粒状、块状的成型燃料或饲料。农林废弃物主要由纤维素、半纤维素和木质素构成,生物质压缩成型主要是靠木质素的胶结作用。木质素为光合作用形成的天然聚合体,具有复杂的三维结构,是高分子物质,在植物中含量约为15%~30%。当温度达到70~100℃时,木质素开始软化并具有一定的黏度,当温度达到200~300℃时,木质素呈熔融状态,黏度变高,此时施加一定压力就能使木质素与纤维素黏结,使植物体积大量减少,密度显著增加,取消外力后,由于非弹性的纤维分子间的相互缠绕,其仍能保持给定形状,冷却后强度进一步增加,大大降低农林废弃物的体积,便于运输和储存。
图7.16 生物质能开发利用的主要技术
2)化学转化
生物质的化学转化涉及气化、液化和热解等三个方面。
(1)气化:
生物质气化是指在一定的温度条件下,借助氧气或水蒸气的作用,使高聚合的生物质发生热解、氧化、还原等反应,最终转化为CO,H2和低分子烃类等可燃气体的过程。在我国,应用生物质气化技术最广的领域是生物质气化发电(BGPG)。生物质气化发电的成本约为0.2~0.3元/(kW·h),已经接近或优于常规发电,其单位投资约为3500~4000元/kW,仅为煤电的60%~70%,具备进入市场竞争的条件,发展前景非常广阔。
(2)液化:
生物质液化技术是指在高温高压的条件下,进行生物质热化学转化的过程。通过液化,可将生物质转化成高热值的液体产物,即将固态的大分子有机聚合物转化成液态的小分子有机物,生物柴油就是利用生物质液化技术生产出的可再生燃料。油料作物如大豆、油菜、棕榈等在酸性或碱性催化剂和高温的作用下发生酯交换反应,生产相应脂肪酸甲酯或乙酯,再经过洗涤干燥后得到生物柴油。与传统的石化能源相比,其硫和芳烃含量低,十六烷值高,闪点高,具有良好的润滑性,可添加到化石柴油中。
(3)热解:
生物质热解是指利用热能将生物质的大分子打断,从而转化为含碳原子数目较少的低分子化合物的过程,即生物质在完全缺氧条件下,经加热或不完全燃烧后,最终转化成高能量密度的气体、液体和固体产物的过程,而木炭就是利用生物质热解技术生产出的重要产物。木炭产品包括白炭、黑炭、活性炭、机制炭四大类,其中应用范围最广的是活性炭。活性炭是具有发达孔隙结构、强吸附力、比表面积巨大等一系列优点的木炭。在我国,活性炭广泛应用于葡萄糖、味精和医药等产业的生产。
3)生物转化
生物转化技术是指依靠微生物发酵或者酶法水解作用,对生物质进行生物转化,生产出乙醇、氢、甲烷等液体或气体燃料的技术。生物转化的生物质原料包括淀粉和木质纤维素两大类。玉米、木薯、小麦等淀粉类粮食作物是生物转化的主体,但是以农作物为原料转化的产品成本较高,且易受土地和人口的因素限制,产量无法大幅度增加。因此以廉价的农作物废料等木质纤维素为原料的生物转化技术才是解决能源危机的有效途径。然而,木质纤维素的结构和组分与淀粉类原料有很大的不同,解决高效、低成本降解木质纤维素原料的问题是木质纤维素转化产物取代化石燃料的根本途径。
2、
核能是通过转化其质量从原子核释放的能量,符合阿尔伯特·爱因斯坦的方程E=mc^2,其中E=能量,m=质量,c=光速常量。核能的释放主要有三种形式:
核电站
A.核裂变能
所谓核裂变能是通过一些重原子核(如铀-235、钚-239等)的裂变释放出的能量
B.核聚变能
由两个或两个以上氢原子核(如氢的同位素—氘和氚)结合成一个较重的原子核,同时发生质量亏损释放出巨大能量的反应叫做核聚变反应,其释放出的能量称为核聚变能。
C.核衰变
核衰变是一种自然的慢得多的裂变形式,因其能量释放缓慢而难以加以利用
核能的缺陷
(1)资源利用率低
(2)反应后产生的核废料成为危害生物圈的潜在因素,其最终处理技术尚未完全解决
(3)反应堆的安全问题尚需不断监控及改进
(4)核不扩散要求的约束,即核电站反应堆中生成的钚-239受控制
(5)核电建设投资费用仍然比常规能源发电高,投资风险较大
3、
海洋能特点
1.海洋能在海洋总水体中的蕴藏量巨大,而单位体积、单位面积、单位长度所拥有的能量较小。这就是说,要想得到大能量,就得从大量的海水中获得。
2.海洋能具有可再生性。海洋能来源于太阳辐射能与天体间的万有引力,只要太阳、月球等天体与地球共存,这种能源就会再生,就会取之不尽,用之不竭。
3.海洋能有较稳定与不稳定能源之分。较稳定的为温度差能、盐度差能和海流能。不稳定能源分为变化有规律与变化无规律两种。属于不稳定但变化有规律的有潮汐能与潮流能。人们根据潮汐潮流变化规律,编制出各地逐日逐时的潮汐与潮流预报,预测未来各个时间的潮汐大小与潮流强弱。潮汐电站与潮流电站可根据预报表安排发电运行。既不稳定又无规律的是波浪能。
4.海洋能属于清洁能源,也就是海洋能一旦开发后,其本身对环境污染影响很小。
4、
风能是太阳辐射下流动所形成的。风能与其他能源相比,具有明显的优势,它蕴藏量大,是水能的10倍,分布广泛,永不枯竭,对交通不便、远离主干电网的岛屿及边远地区尤为重要。风能最常见的利用形式为风力发电。风力发电有两种思路,水平轴风机和垂直轴风机。水平轴风机应用广泛,为风力发电的主流机型。
风力发电
是当代人利用风能最常见的形式,自19世纪末,丹麦研制成风力发电机以来,人们认识到石油等能源会枯竭,才重视风能的发展,利用风来做其它的事情。
1977年,联邦德国在著名的风谷--石勒苏益格-荷尔斯泰因州的布隆坡特尔建造了一个世界上最大的发电风车。该风车高150米,每个浆叶长40米,重18吨,用玻璃钢制成。
截止2009年底,全球累计装机容量已经达到了1.59亿千瓦,2009年全年新增装机容量超过3千万千瓦,涨幅31.9%。从累计装机容量看,美国已累计装机3516万千瓦,稳居榜首;中国为2610万千瓦,位列全球第二。
5、生物质能来源于生物质,也是太阳能以化学能形式贮存于生物中的一种能量形式,它直接或间接地来源于植物的光合作用。生物质能是贮存的太阳能,更是一种唯一可再生的碳源,可转化成常规的固态、液态或气态的燃料。地球上的生物质能资源较为丰富,而且是一种无害的能源。地球每年经光合作用产生的物质有1730亿吨,其中蕴含的能量相当于全世界能源消耗总量的10-20倍,但利用率不到3%。
修建沼气池
生物质能(又名生物能源)是利用有机物质(例如植物等)作为燃料,通过气体收集、气化(化固体为气体)、燃烧和消化作用(只限湿润废物)等技术产生能源。只要适当地执行,生物质能也是一种宝贵的可再生能源,但要看生物质能燃料是如何产生出来。
全球范围正在炒作用玉米、小麦、食糖等粮食来制造汽油等能源来满足日益增长的需求,以及过高成本带来的过高价格。当前主要是以甜高粱、木薯等为原料。
为人类的生产和生活提供各种能力和动力的物质资源,是国民经济的重要物质基础。能源的开发和有效利用程度以及人均消费量是生产技术和生活水平的重要标志。
6、地球内部热源可来自重力分异、潮汐摩擦、化学反应和放射性元素衰变释放的能量等。
地热能
放射性热能是地球主要热源。中国地热资源丰富,分布广泛,已有5500处地热点,地热田45个,地热资源总量约320万兆瓦。
第十一章 多彩的物质世界
一、宇宙和微观世界
宇宙→银河系→太阳系→地球
物质由分子组成;分子是保持物质原来性质的一种粒子;一般大小只有百亿分之几米(0.3-0.4nm)。
物质三态的性质:
固体:分子排列紧密,粒子间有强大的作用力。固体有一定的形状和体积。
液体:分子没有固定的位置,运动比较自由,粒子间的作用力比固体的小;液体没有确定的形状,具有流动性。
气体:分子极度散乱,间距很大,并以高速向四面八方运动,粒子间作用力微弱,易被压缩,气体具有流动性。
分子由原子组成,原子由原子核和(核外)电子组成(和太阳系相似),原子核由质子和中子组成。
纳米科技:(1nm=10 m),纳米尺度:(0.1-100nm)。研究的对象是一小堆分子或单个的原子、分子。
二、质量
质量:物体含有物质的多少。质量是物体本身的一种属性,它的大小与形状、状态、位置、温度等无关。物理量符号:m。
单位:kg、t、g、mg。
1t=103kg, 1kg=103g, 1g=103mg.
天平:1、原理:杠杆原理。
2、注意事项:被测物体不要超过天平的称量;向盘中加减砝码要用镊子,不能把砝码弄脏、弄湿;潮湿的物体和化学药品不能直接放到天平的盘中
3、使用:(1)把天平放在水平台上;(2)把游码放到标尺放到左端的零刻线处,调节横梁上的平衡螺母,使天平平衡(指针指向分度盘的中线或左右摆动幅度相等)。(3)把物体放到左盘,右盘放砝码,增减砝码并调节游码,使天平平衡。(4)读数:砝码的总质量加上游码对应的刻度值。
注:失重时(如:宇航船)不能用天平称量质量。
三、密度
密度是物质的一种特殊属性;同种物质的质量跟体积成正比,质量跟体积的比值是定值。
密度:单位体积某种物质的质量叫做这种物质的密度。
密度大小与物质的种类、状态有关,受到温度的影响,与质量、体积无关。
公式:
单位:kg/m3 g/cm3 1×103kg/m3=1g/cm3。
1L=1dm3=10-3m3;1ml=1cm3=10-3L=10-6m3。
四、测量物质的密度
实验原理:
实验器材:天平、量筒、烧杯、细线
量筒:测量液体体积(可间接测量固体体积),读数是以凹液面的最低处为准。
测固体(密度比水大)的密度:步骤:
1、用天平称出固体的质量m;2、在量筒里倒入适量(能浸没物体,又不超过最大刻度)的水,读出水的体积V1;3、用细线拴好物体,放入量筒中,读出总体积V2。
注:若固体的密度比水小,可采用针压法和重物下坠法。
测量液体的密度:步骤:1、用天平称出烧杯和液体的总质量m1;2、把烧杯里的液体倒入量筒中一部分,读出液体的体积V2;3、用天平称出剩余的液体和烧杯的质量m2。
五、密度与社会生活
密度是物质的基本属性(特性),每种物质都有自己的密度。
密度与温度:温度能够改变物质的密度;气体热膨胀最显著,它的密度受温度影响最大;固体和液体受温度影响比较小。
水的反常膨胀:4℃密度最大;水结冰体积变大。
密度应用:1、鉴别物质(测密度)2、求质量3、求体积。
第十二章 运动和力
一、运动的描述
运动是宇宙中普遍的现象。
机械运动:物体位置的变化叫机械运动。
参照物:在研究物体运动还是静止时被选作标准的物体(或者说被假定不动的物体)叫参照物.
运动和静止的相对性:同一个物体是运动还是静止,取决于所选的参照物。
二、运动的快慢
速度:描述物体运动的快慢,速度等于运动物体在单位时间通过的路程。
公式:
速度的单位是:m/s;km/h。
匀速直线运动:快慢不变、沿着直线的运动。这是最简单的机械运动。
变速运动:物体运动速度是变化的运动。
平均速度:在变速运动中,用总路程除以所用的时间可得物体在这段路程中的快慢程度,这就是平均速度。
三、时间和长度的测量
时间的测量工具:钟表。秒表(实验室用)
单位:s min h
长度的测量工具:刻度尺。
长度单位:m km dm cm mm μm nm
刻度尺的正确使用:
(1).使用前要注意观察它的零刻线、量程和分度值; (2).用刻度尺测量时,尺要沿着所测长度,不利用磨损的零刻线;(3)厚的刻度尺的刻线要紧贴被测物体。(4).读数时视线要与尺面垂直,在精确测量时,要估读到分度值的下一位。 (5). 测量结果由数字和单位组成。
误差:测量值与真实值之间的差异,叫误差。
误差是不可避免的,它只能尽量减少,而不能消除,常用减少误差的方法是:多次测量求平均值。
四、力
力:力是物体对物体的作用。物体间力的作用是相互的。 (一个物体对别的物体施力时,也同时受到后者对它的力)。
力的作用效果:力可以改变物体的运动状态,还可以改变物体的形状。
力的单位是:牛顿(N),1N大约是你拿起两个鸡蛋所用的力。
力的三要素是:力的大小、方向、作用点;它们都能影响力的作用效果。
力的示意图:用一根带箭头的线段把力的三要素都表示出来就叫力的示意图。
五、牛顿第一定律
亚里士多德观点:物体运动需要力来维持。
伽利略观点:物体的运动不须要力来维持,运动之所以停下来,是因为受到了阻力作用。
牛顿第一定律:一切物体在没有收到力的作用时,总保持静止状态或匀速直线运动状态。(牛顿第一定律是在经验事实的基础上,通过进一步的推理而概括出来的,因而不能用实验来证明这一定律)。
惯性:物体保持运动状态不变的性质叫惯性。
一切物体在任何情况下都有惯性;惯性的大小只与质量有关。
牛顿第一定律也叫做惯性定律。
六、二力平衡
平衡力:物体在力的作用下处于静止状态或匀速直线运动状态,是因为物体受到的是平衡力。
二力平衡:物体受到两个力作用时,如果保持静止状态或匀速直线运动状态,我们就说这两个力平衡。
二力平衡的条件:作用在同一物体上的两个力,如果大小相等、方向相反、并且在同一直线上,这两个力就彼此平衡。
○(二力平衡时合力为零)。
物体在不受力或受到平衡力作用下都会保持静止状态或匀速直线运动状态。
第十三章 力和机械
一、弹力 弹簧测力计
弹性:物体受力发生形变,不受力时又恢复到原来的形状,物体的这种性质叫弹性。
塑性:物体受力后不能自动恢复原来的形状,物体的这种性质叫塑性。
弹力:物体由于发生弹性形变而产生的力。
弹簧测力计:原理:在弹性限度内,弹簧收受到的拉力越大,它的伸长就越长。(在弹性限度内,弹簧的伸长跟受到的拉力成正比)
弹簧测力计的使用:;(1)认清分度值和量程;(2)要检查指针是否指在零刻度,如果不是,则要调零; (3)轻拉秤钩几次,看每次松手后,指针是否回到零刻度;(4)测量时力要沿着弹簧的轴线方向,测量力时不能超过弹簧秤的量程。
二、重力
万有引力:宇宙间任何两个物体,大到天体,小到灰尘之间,都存在互相吸引的力。
重力:由于地球的吸引而使物体受到的力。
1、重力的大小叫重量,物体受到的重力跟它的质量成正比。G=mg.
2、重力的方向:竖直向下(指向地心)。
3、重力的作用点(重心):地球吸引物体的每一个部分,但是,对于整个物体,重力的作用好像作用在一个点,这个点叫重心。(形状规则、质地均匀的物体的重心在它的几何中心)
三、摩擦力
摩擦力:两个互相接触的物体,当它们做相对运动(或有相对运动的趋势)时,就会在接触面是产生一种阻碍相对运动的力,这种力就叫摩擦力。
摩擦力的方向:和物体相对运动的方向相反。
决定摩擦力(滑动摩擦)大小的因素:【实验原理:二力平衡】1、压力(压力越大,摩擦力越大);2、接触面的粗糙程度(接触面越粗糙,摩擦力越大)。
摩擦的分类:1、静摩擦:有相对运动的趋势,没有发生相对的运动。2、动摩擦:(1)滑动摩擦:一个物体在另一个物体的表面上滑动时产生的摩擦;(2)滚动摩擦:轮状或球状物体滚动时产生的摩擦,通常情况下,滚动摩擦比滑动摩擦小。
增大摩擦力方法:使接触面粗糙些和增大压力。
减小有害摩擦方法:(1)使接触面光滑;(2)减小压力;(3)用滚动代替滑动;(4)使接触面分开(加润滑油、形成气垫)。
四、杠杆
杠杆:一根硬棒,在力的作用下能绕着固定点转动,这根硬棒叫杠杆。
杠杆的五要素:1、支点:杠杆绕着转动的点;2、动力:作用在杠杆上,使杠杆转动的力;3、阻力:作用在杠杆上,阻碍杠杆转动的力;4、动力臂:支点到动力作用线的距离;5、阻力臂:支点到阻力作用线的距离。
杠杆的平衡条件:F1l1=F2l2.
三种杠杠杆: (1)省力杠杆:L1>L2,平衡时F1<F2。特点是省力,但费距离。(如剪铁剪刀,铡刀,起子)(2)费力杠杆:L1<L2,平衡时F1>F2。特点是费力,但省距离。(如钓鱼杠,理发剪刀等) (3)等臂杠杆:L1=L2,平衡时F1=F2。特点是既不省力,也不费力。(如:天平)
五、其他简单机械
定滑轮特点:(轴固定不动)不省力,但能改变动力的方向。(实质是个等臂杠杆)
动滑轮特点:省一半力(忽略摩擦和动滑轮重),但不能改变动力方向,要费距离 (实质是动力臂为阻力臂二倍的杠杆)。.
滑轮组:1、使用滑轮组时,滑轮组用几段绳子吊着物体,提起物体所用的力就是物重的几分之一。即F=G/n(G为总重,n为承担重物绳子断数)2、S=nh(n同上,h 为重物被提升的高度)。3、奇动(滑轮)、偶定(滑轮)。
轮轴:由一个轴和一个大轮组成,能绕共同轴线旋转的简单机械;动力作用在轮上省力,作用在轴上费力。
斜面:(为了省力)斜面粗糙程度一定,坡度越小,越省力。
应用:盘山公路、螺旋千斤顶等。
第十四章 压强和浮力
一、压强
压力:垂直压在物体表面的力(1)有的和重力有关;如:水平面:F=G(2)有的和重力无关。
压力的作用效果:(实验采用控制变量法)跟压力、受力面积的大小有关。
压强:物体单位面积上受到的压力叫压强。
压强公式: ,式中p单位是:pa,压力F单位是:N;受力面积S单位是:m2。。
→ ; 。
增大压强方法:(1)S不变,F增大;;(2)F不变,S减小; (3)同时把F增大,S减小。
减小压强方法则相反。
二、液体的压强
液体压强产生的原因:是由于液体受到重力,液体具有流动性。
液体压强特点:(1)液体对容器底和壁都有压强,(2)液体内部向各个方向都有压强;(3)液体的压强随深度增加而增大,在同一深度,液体向各个方向的压强相等;(4)不同液体的压强还跟密度有关系。
液体压强计算: ,(ρ是液体密度,单位是kg/m3;g=9.8n/kg;h是深度,指液体自由液面到液体内部某点的竖直距离,单位是m。)据液体压强公式: ,液体的压强与液体的密度和深度有关,而与液体的体积和质量等无关。
连通器:上端开口、下部相连通的容器。
连通器原理:连通器如果只装一种液体,在液体不流动时,各容器中的液面总保持相平。
应用:船闸、、锅炉水位计、茶壶、下水管道。
三、大气压强
证明大气压强存在的实验是马德堡半球实验。
大气压强产生的原因:空气受到重力作用,具有流动性而产生的,
测定大气压强值的实验是:1、托里拆利实验(最先测出):实验中玻璃管上方是真空,管外水银面的上方是大气,是大气压支持管内这段水银柱不落下,大气压的数值等于这段水银柱产生的压强。2、课堂实验:用吸盘测大气压:(原理:二力平衡F=大气压p=F/s)
测定大气压的仪器是:气压计。常见气压计有水银气压计和无液(金属盒)气压计。
标准大气压:把等于760毫米水银柱的大气压。1标准大气压=760毫米汞柱=1.013×105pa。
大气压的变化:和高度、天气等有关;大气压强随高度的增大而减小;在海拔3000m以内,大约每升高10m,大气压减小100pa。
○(沸点与气压关系:一切液体的沸点,都是气压减小时降低,气压增大时升高)。
抽水机是利用大气压把水从低处抽到高处的。在1标准大气压下,能支持水柱的高度约 10.3m高。
四、流体压强与流速的关系
在气体和液体中,流速越大的位置压强越小。
飞机的升力:飞机前进时,由于机翼上下不对称,机翼上方空气流速大,压强较小,下方流速小,压强较大,机翼上下表面存在压强差,这就产生了向上的升力。
五、浮力
浮力:浸在液体或气体里的物体,都受到液体或气体对它竖直向上的力,这个力叫浮力。
浮力产生的原因:浸在液体中的物体受到液体对它的向上和向下的压力差。
浮力方向总是竖直向上的。
物体沉浮条件:(开始是浸没在液体中)
法一:(比浮力与物体重力大小)
(1)F浮 <G 下沉;(2)F浮 >G 上浮(最后漂浮,此时F浮=G)
(3)F浮 = G 悬浮或漂浮
法二:(比物体与液体的密度大小)
(1) > 下沉;(2) < 上浮; (3) = 悬浮。(不会漂浮)
阿基米德原理:浸入液体里的物体受到的浮力,大小等于它排开的液体所受的重力。(浸没在气体里的物体受到的浮力大小等于它排开气体受到的重力)
阿基米德原理公式:
计算浮力方法有:
(1)称量法:F浮=G-F ,(G是物体受到重力,F 是物体浸入液体中弹簧秤的读数)
(2)压力差法:F浮=F向上-F向下
(3)阿基米德原理:
(4)平衡法:F浮=G物 (适合漂浮、悬浮)
六、浮力利用
(1)轮船:用密度大于水的材料做成空心,使它能排开更多的水。这就是制成轮船的道理。
排水量:轮船按照设计要求,满载时排开水的质量。排水量=轮船的总质量
(2)潜水艇:通过改变自身的重力来实现沉浮。
(3)气球和飞艇:充入密度小于空气的气体。
(4)密度计:测量液体密度的仪器,利用物体漂浮在液面的条件工作(F浮=G),刻度值上小下大。
第十五章 功和机械能
一、功
做功的两个必要因素:作用在物体上的力,物体在力的方向上移动的距离
功的计算:力与力的方向上移动的距离的乘积。W=FS。
单位:焦耳(J) 1J=1Nm
功的原理:使用机械时人们所做的功,都不会少于不用机械时所做的功。即:使用任何机械都不省功。
二、机械效率
有用功:为实现人们的目的,对人们有用,无论采用什么办法都必须做的功。
额外功:对人们没用,不得不做的功(通常克服机械的重力和机件之间的摩擦做的功)。
总功:有用功和额外功的总和。
计算公式:η=W有用/W总
机械效率小于1;因为有用功总小于总功。
三、功率
功率(P):单位时间(t)里完成的功(W),叫功率。
计算公式: 。单位:P→瓦特(w)
推导公式:P=Fv。(速度的单位要用m)
四、动能和势能
能量:一个物体能够做功,这个物体就具有能(能量)。能做的功越多,能量就越大。
动能:物体由于运动而具有的能叫动能。
质量相同的物体,运动速度越大,它的动能就越大;运动速度相同的物体,质量越大,它的动能就越大;其中,速度对物体的动能影响较大。
注:对车速限制,防止动能太大。
势能:重力势能和弹性势能统称为势能。
重力势能:物体由于被举高而具有的能。
质量相同的物体,高度越高,重力势能越大;高度相同的物体,质量越大,重力势能越大。
弹性势能:物体由于发生弹性形变而具的能。
物体的弹性形变越大,它的弹性势能就越大。
五、机械能及其转化
机械能:动能和势能的统称。
(机械能=动能+势能)单位是:J
动能和势能之间可以互相转化的。方式有:动能和重力势能之间可相互转化;动能和弹性势能之间可相互转化。
机械能守恒:只有动能和势能的相互住转化,机械能的总和保持不变。
人造地球卫星绕地球转动,机械能守恒;近地点动能最大,重力势能最小;远地点重力势能最大,动能最小。近地点向远地点运动,动能转化为重力势能。
第十六章 热和能
一、分子热运动
分子运动论的内容是:(1)物质由分子组成;(2)一切物体的分子都永不停息地做无规则运动。(3)分子间存在相互作用的引力和斥力。
扩散:不同物质相互接触,彼此进入对方现象。
扩散现象说明:一切物质的分子都在不停地做无规则的运动。
热运动:分子的运动跟温度有关,分子的无规则运动叫热运动。温度越高,分子的热运动越剧烈。
分子间的作用力:分子间有引力;引力使固体、液体保持一定的体积。分子间有斥力,分子间的斥力使分子已离得很近的固体、液体很难进一步被压缩。
固体、液体压缩时分子间表现为斥力大于引力。
固体很难拉长是分子间表现为引力大于斥力。
二、内能
内能:物体内部所有分子热运动的动能和分子势能的总和叫内能。
物体的内能与温度和质量有关:物体的温度越高,分子运动速度越快,内能就越大。
一切物体在任何情况下都具有内能。
改变物体的内能两种方法:做功和热传递,这两种方法对改变物体的内能是等效的。
1、热传递:温度不同的物体相互接触,低温的物体温度升高,高温的物体温度降低,这个过程叫热传递。发生热传递时,高温物体内能减少,低温物体内能增加。
热量:在热传递过程中,传递的内能的多少叫热量(物体含有多少热量的说法是错误的)。单位:J。
2、做功:(1)对物体做功,物体的内能增加;物体对外做功,本身的内能会减少。
温室效应:太阳把能量辐射到地表,地表受热也会产生辐射,向外传递热量,大气中的二氧化碳阻碍这种辐射,地表的温度会维持在一个相对稳定的水平,这就是温室效应。大量使用化石燃料、砍伐森林,加剧了温室效应。
所有能量的单位都是:焦耳。
三、比热容
比热容(c ):单位质量的某种物质温度升高(或降低)1℃,吸收(或放出)的热量叫做这种物质的比热。
比热容是物质的一种属性,它不随物质的体积、质量、形状、位置、温度的改变而改变,只要物质种类和状态相同,比热就相同。
比热容的单位是:J/(kg•℃),读作:焦耳每千克摄氏度。
水的比热容是:C=4.2×103J/(kg•℃),它表示的物理意义是:每千克的水当温度升高(或降低)1℃时,吸收(或放出)的热量是4.2×103焦耳。
热量的计算:
① Q吸=cm(t-t0)=cm△t升 (Q吸是吸收热量,单位是J;c 是物体比热容,单位是:J/(kg•℃);m是质量;t0 是初始温度;t 是后来的温度。
② Q放 =cm(t0-t)=cm△t降
四、热机
热机原理:燃料燃烧把燃料的化学能转化为内能,内能做功又转化成机械能。
内燃机:燃料在气缸内燃烧,产生高温高压的燃气,燃气推动活塞做功。
常见内燃机:汽油机和柴油机。
内燃机的四个冲程:1、吸气冲程;2、压缩冲程(机械能转化为内能);3、做功冲程内能转化为机械能);4、排气冲程。
热值(q ):1kg某种燃料完全燃烧放出的热量,叫燃烧的热值。单位是J/kg或J/m3。
燃料燃烧放出热量计算:Q放 =qm;
热值是物质的一种特殊属性
热机的效率:用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比,叫热机的效率。的热机的效率是热机性能的一个重要指标
在热机的各种损失中,废气带走的能量最多,设法利用废气的能量,是提高燃料利用率的重要措施。
五、能量的转化和守恒
例子:在一定的条件下,各种形式的能量可以相互转化;摩擦生热,机械能转化为内能;发电机发电,机械能转化为电能;电动机工作,电能转化为机械能;植物的光合作用,光能转化为化学能;燃料燃烧,化学能转化为内能。
能量守恒定律:能量既不会消灭,也不会创生,它只会从一种形式转化为其他形式,或者从一个物体转移到另一个物体,而在转化和转移过程中,能量的总量保持不变。
第十六章、能源和可持续发展
一、 能源家族
化石能源:煤、石油、天然气是经过漫长的地质年代形成的,叫化石能源。
一次能源:可以从自然界直接获取的能源。(化石能源、水能、风能、太阳能、地热、核能等)
二次能源:无法从自然界直接获取,必须通过一次能源的消耗才能得到的能源。(电能)
生物质能:由生命物质提供的能量。
不可再生资源:(化石能源、核能)不可能在短时间从自然界得到补充的能源。
可再生资源:(水、风、太阳能等)可以在自然界里源源不断地得到补充。
二、核能
核能:原子核分裂或聚合时产生的能量。
裂变:用中子轰击比较大的原子核,使其发生裂变,变成两个中等大小的原子核,同时释放出巨大的能量。
应用:核电、原子弹。
聚变:质量较小的原子核,在超高温下结合成新的原子核,会释放出更大的核能。
应用:氢弹。
三、太阳能
太阳—巨大的“核能火炉”
太阳是人类能源的宝库
太阳能的利用:1、利用集热器加热;2、利用太阳能电池发电。
四、能源革命
第一次能源革命:火的利用,柴薪为主要能源。
第二次能源革命:机械动力代替人类,由柴薪向化石能源转化。
第三次能源革命:以核能为代表。
能量转移和能量转化的方向性。
五、能源和可持续发展
能源消耗对环境的影响:空气污染和温室效应的加剧。水土流失和沙漠化。
未来的理想能源:1、必须足够丰富,可以保证长期使用;2、必须足够便宜,使大多数人用得起;3、技术必须成熟,可以保证大规模使用;4、必须足够安全、清洁,不污染环境。
石油
石油资源基准可以分为三类:已探明储量(已探明但未开采的石油),储藏增长值(主要由于技术因素增加了油气的回收率,导致储量的增加),未发现储量(有待通过勘探发现的资源)。美国、前苏联、中南美洲以及非洲的储量增长较快,而前苏联和中南美洲的未发现储量较大。
生物能源
生物能源(又名生物质能)是利用有机物质(例如植物等)作为燃料,通过气体收集、气化(化固体为气体)、燃烧和消化作用(只限湿润废物)等技术产生能源。只要适当地执行,生物质能也是一种宝贵的可再生能源,但要看生物质能燃料是如何产生出来。
目前全球范围正在炒做用玉米、小麦、食糖等粮食来制造汽油等能源来满足日益增长的需求,以及过高价格带来的过高成本。
为人类的生产和生活提供各种能力和动力的物质资源,是国民经济的重要物质基础。能源的开发和有效利用程度以及人均消费量是生产技术和生活水平的重要标志。
可再生能源
现代可再生能源技术发展极为迅速,将于2010年后不久超过天然气,成为仅次于煤炭的第二大电力燃料。可再生能源的成本随着技术的成熟应用而降低,假设化石燃料的价格上涨以及有力的政策支持为可再生能源行业提供了一个机会,使其摆脱依赖于补贴的局面,并推动新兴技术进入主流。
在本期预测中,风能、太阳能、地热能、潮汐和海浪能等非水电可再生能源(生物质能除外)的增长速度为7.2%,超过任何其它能源的全球年均增长速度。电力行业对可再生能源的利用占大部分的增长。