1、第二十二章 能源与可持续发展第1节 能源1、一次能源和二次能源风能、太阳能、地热能以及核能，是可以直接从自然界获得的，这些可以从自然界直接获取的能源，统称为一次能源。我们使用的电能，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，所以称电能为二次能源。我们今天使用的煤、石油、天然气是千百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。常见的化石能源有：煤、石油、天然气。（化石能源是当今世界上的主要能源）常见的一次能源有：煤、石油、天然气、风能、水能、太阳能、地热能、核能等。常见的二次能源有：电能（电能便于输送和转化）。粒子空间尺度由小到大的排序：夸克、电子、质子、中子、原
2、子核、原子、分子、月球、地球、太阳、太阳系、银河系、宇宙。2、不可再生能源和可再生能源化石能源、核能会越用越少，不可能在短期内从自然界得到补充，所以它们属于不可再生能源。而水的动能、风能、太阳能、生物能，可以在自然界里源源不断地得到，所以它们属于可再生能源。未来的理想能源必须满足：必须足够便宜，以可以保证多数人用的起；相关技术必须成熟，可以保证大规模使用；必须足够安全、清洁，可以保证不会严重影响环境。人类生活中，还广泛利用食物等生命物质中存储的化学能，这类生命物质提供的能量称为生物质能。常见的不可再生能源有：煤、石油、天然气、核能等。常见的可再生能源有：风能、水能、太阳能、生物质能（酒精）等。
3、3、常规能源和新能源常规能源是指已能大规模生产和广泛利用的一次能源，又称传统能源，如煤炭、石油、天然气、水力和核裂变能，是促进社会进步和文明的主要能源。新能源是指常规能源之外的各种能源形式。它的各种形式都是直接或者间接地来自于太阳或地球内部伸出所产生的热能。包括了太阳能、风能、生物质能、地热能、水能和海洋能以及由可再生能源衍生出来的生物燃料和氢所产生的能量。一般地说，常规能源是指技术上比较成熟且已被大规模利用的能源，而新能源通常是指尚未大规模利用、正在积极研究开发的能源。因此，煤、石油、天然气以及大中型水电都被看作常规能源，而把太阳能、风能、现代生物质能、地热能、海洋能以及核能、氢能等作为新能
4、源。新能源是相对于常规能源而言的。由于新能源的能量密度较小，或品位较低，或有间歇性，按已有的技术条件转换利用的经济性尚差，还处于研究、发展阶段,只能因地制宜地开发和利用;但新能源大多数是再生能源，资源丰富，分布广阔，是未来的主要能源之一。新能源是新近才被人类开发利用、有待于进一步研究发展的能量资源，相对于常规能源而言，在不同的历史时期和科技水平情况下，新能源有不同的内容。当今社会，新能源通常指核能、太阳能、风能、地热能、氢气等。第2节 核能质子、中子依靠强大的核力紧密地结合在一起，因此原子核十分牢固，要使它们分裂或结合是极其困难的。质量较大的原子核发生分裂或质量较小的原子核相互结合时释放的巨大
5、能量叫核能，也叫原子能。裂变（原子弹、核电站等）：1934年至1938年，科学家曾先后用中子轰击质量比较大的铀235原子核，使其发生裂变，变成两个质量中等大小的原子核，同时释放出巨大的能量。1kg 铀全部裂变，释放的能量超过2000t 煤完全燃烧时释放的的能量。当用中子轰击铀235原子核，铀核裂变时释放出核能，同时还会产生几个新的中子，这些中子又会轰击其他铀核于是就导致一系列铀核持续裂变，并释放出大量核能的反应叫链式反应。快速的裂变反应可以引起猛烈的爆炸，原子弹就是利用快速裂变制成的，我们还可以控制链式反应的速度，把核能用于和平建设事业。“核反应堆”就是控制裂变反应的装置核电站利用核能发电，它
6、的核心设备是反应堆，核电站用反应堆产生的内能通过蒸汽轮机做功，带动发电机发电。全世界已经建成了几百座核电站，核发电量接近全国发电量的1/5。【原理：核反应堆裂变（核能）-蒸汽轮机做功（内能）-发电机做功（机械能）-电能】核反应堆中发生的链式反应，是可以控制的；原子弹爆炸发生的链式反应是不可控制的。聚变（氢弹、太阳内部）：如果将质量很小的原子核，例如氘核（由一个质子和一个中子构成）与氚核（由一个质子和两个中子构成），在超高温下结合成新的原子核氦核，会释放出更大的核能，这就是聚变，有时聚变也称为热核反应。核电站和核废料处理：核反应堆是通过可控裂变反应释放核能的设备。反应堆内的铀核发生裂变时，会释放
7、能量，也会产生射线。如果射线泄漏到反应堆外面，会对人和其他生物造成伤害，所以核反应堆都封闭在一个厚厚的钢筋混凝土壳中。核电站使用过的核燃料称为核废料，由于核废料仍然具有放射性，一般深埋在人烟稀少的地方。某些发达国家将核废料运送到其他国家去埋放，引起了环境保护者的广泛抗议。第3节 太阳能1太阳距地球1.5亿千米，它的直径大约是地球的110倍，体积是地球的130万倍，质量是地球的33万倍，核心的温度高达1500万摄氏度。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。因此可以讲，太阳核心每时每刻都在发生氢弹爆炸。比原子弹爆炸的威力更大。太阳核心释放的能量向外扩散，可以传送到太阳表面。太阳
8、表面温度约为6000，就像一个高温气体组成的海洋。太阳能是人类能源的宝库，如化石能源、地球上的风能、生物质能都来源于太阳。2、太阳能的利用间接利用太阳能：化石能源（光能-化学能）生物质能（光能-化学能）直接利用太阳能：集热器（有平板型集热器、聚光式集热器）（光能-内能）平板式集热器的箱面是玻璃，内部有涂黑的吸热板，可以吸收太阳辐射并转化为内能，从而将集热管道内的水流加热。太阳能电池：（光能-电能）应用在人造卫星、宇宙飞船、打火机、手表等方面。太阳能来源丰富，不需要运输，无污染，但由于能量比较分散且受季节、气候和昼夜变化的影响很大，给大规模利用太阳能带来一些新的技术课题。第4节 能源与可持续发展
9、1、人类利用能源的过程经历了三次能源革命：（1）第一次能源革命：钻木取火是人类从利用自然火到利用人工火的转变，导致了以柴薪为主要能源的时代的到来。（2）第二次能源革命：蒸汽机的发明使人类以机械动力代替人力和畜力，人类的主要能源从柴薪向煤、石油、天然气等化石能源转化，利用化石燃料的各种新型热机的问世，使化石能源成为当今世界的主要能源。（3）第三次能源革命：物理学家发明了可以控制核能释放的装置-反应堆，拉开了以核能为代表的第三次能源革命的序幕。2、能源与可持续发展（1）涉及热现象的能量转化过程是有方向性、不可逆的，消耗掉的内能不能被收集起来再利用。实际上，能量的转化、转移都是有方向性的，人们是在能
10、量的转化或转移的过程中利用能量的。能源的利用有条件，我们所能利用的能源是有限的，所以需要节约能源。（2）21世纪能源消耗增长速度明显加快，世界化石能源的使用年限存在严重危机，人们期待未来的理想能源的开发。（3）能源的消耗给环境带来了负面影响：化石能源产生了大量的内能，其中相当一部分没有被利用，从而造成了热污染；汽车尾气就是造成城市热岛效应的罪魁祸首之一；燃料燃烧时产生的有害气体，如二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、大量的粉尘，污染了环境、大气，危害人体健康，还会使水土流失，土地沙漠化；燃烧形成的酸性气体最终会导致酸雨，使水土壤酸化，对植物、建筑物、金属构件等造成危害；生成的二氧化碳气体加剧温室效应；核能的使用也可造成辐射污染。
