12.4能源与可持续发展 课件 （32页）

(共32张PPT)
第十二章 电能 能量守恒定律
第4节 能源与可持续发展
测电源电动势和内阻
伏安法
推磨
伏阻法
安阻法
E=I（R+r)
如果停电了……
课堂引入
我们知道，内能可以转化成电能，电能可以转化成光能、内能或机械能……既然能量是守恒的，不会凭空消失，为什么我们还要节约能源呢？
能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。 这个规律叫作能量守恒定律（law of energy conservation）。
一、能量守恒定律
一、能量守恒定律
在电路中，电源将其他形式的能转化为电能，负载又将电能转化为内能、光能和机械能.....
思考：把刚煮好的热鸡蛋放到冷水中，过一会，鸡蛋的温度降低，水的温度升高，最后二者温度相同。是否可以发生这样的现象：原来温度相同的鸡蛋和水，过一会水的温度自发地降低，而鸡蛋的温度上升？
二、能量转移或转化的方向性
鸡蛋自然熟？
1.一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的，即一切与热现象有关的宏观过程都有方向性。
二、能量转移或转化的方向性
(2)能量的转化具有方向性:如机械能可以自发地完全转化为内能，但内能不能自发地且不能完全转化为机械能。
(1)能量的转移具有方向性:如热量可以自发地从高温物体传给低温物体，但不能自发地从低温物体传给高温物体。
2.能量耗散
在能量转化过程中，散失到环境中的内能很难收集起来重新利用，这种现象叫能量的耗散。
二、能量转移或转化的方向性
能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性。
电池中的化学能转化为电能，电能又通过灯泡转化为内能和光能，热和光被其他物质吸收之后变成周围环境的内能
3.为什么要节约能源
能量耗散表明，在能源的利用过程中,能量的总量守恒,但在可利用的品质上降低了，从便于利用的能源变成不便于利用的能源。这是自然界的能量虽然守恒,但需要节约能源的根本原因。
二、能量转移或转化的方向性
三、能源的分类与应用
1.能源：凡是能够提供可利用能量的物质统称为能源。
2.不可再生能源：
煤炭、石油和天然气是目前人类生产、生活中使用的主要能源，这类能源又叫作化石能源。化石能源无法在短时间内再生，所以这类能源被叫作不可再生能源。
三、能源的分类与应用
3.可再生能源：
水能、风能、潮汐能等能源，归根结底来源于太阳能。这些能源在自然界可以再生，叫作可再生能源。
4.我国能源发展概况
(1)太阳能发电
截止到2018年中国的装机总量高达1.74 KW，而美国累计装机量约为6.466 KW。这就说，中国太阳能光伏装机量是美国的2.7倍，稳坐全球第一把交椅。
三、能源的分类与应用
至2018年底，我国水电总装机容量约3.5亿千瓦、年发电量约1.2万亿千瓦时，双双继续稳居世界第一。
三峡水电站
葛洲坝水电站
4.我国能源发展概况
(2)水力发电
三、能源的分类与应用
连云港临港产业区风车田
新疆达坂城风车田
截至2020年上半年，我国风电占总发电量的比重达6.3%，但与欧洲仍有较大的差距，这意味着我国风电产业成长空间巨大。
4.我国能源发展概况
(3)风能发电
三、能源的分类与应用
大亚湾核电站
防城港核电站
秦山核电站
到2020年，中国核电机组数量将达到90余台，从装机容量上讲，将超过法国，成为世界第二的核电大国，仅次于美国。
4.我国能源发展概况
(4)核能发电
三、能源的分类与应用
4.我国能源发展概况
(4)核能发电
三、能源的分类与应用
一些质量较大的原子核在裂变成较轻的原子核时，会释放出惊人的能量。同样质量的化学燃料与核燃料相比，如果都进行了完全反应，核燃料释放出的能量要远远大于化学燃料释放出的能量。可控制的裂变反应所释放出的能量，可以很好地被人们所利用。核电站就是利用可控核裂变来发电的。我国具有完全自主知识产权的三代百万千瓦级核电技术电站——华龙一号，其安全指标和技术性能已达到国际最先进的三代水平。我国的核能发电技术已居于世界领先地位。
自工业革命以来，煤和石油成为人类的主要能源。到了20世纪50年代，世界石油和天然气的消耗量超过了煤炭。
1.能源是人类社会活动的物质基础
柴薪时期
煤炭时期
石油时期
四、能源与社会发展
2.煤炭和石油资源是有限的
四、能源与社会发展
3.环境问题
(1)温室效应：温室效应是由于大气里温室气体（二氧化碳、甲烷等）含量增大而形成的，石油和煤炭燃烧时产生二氧化碳。
海水倒灌、耕地盐碱化
两极冰雪融化，海平面上升
四、能源与社会发展
(2)酸雨：大气中酸性污染物质，如二氧化硫、二氧化碳、氢氧化物等，在降水过程中溶入雨水，使其成为酸雨，煤炭中含有较多的硫，燃烧时产生二氧化硫等物质。
被酸雨破坏的森林
工业排放的废气
四、能源与社会发展
(3)光化学烟雾:氮氧化合物和碳氢化合物在大气中受到阳光中强烈的紫外线照射后产生的二次污染物质―――光化学烟雾。
汽车排放尾气
城市机动车尾气污染
四、能源与社会发展
STSE
一辆行驶的小汽车，燃料燃烧产生的内能有370/0通过发动机散热系统排出，370/0直接由排气管排出，只有260/0变为发动机输出的机械能。
课堂小结
能源与社会发展
能源是人类社会活动的物质基础；煤炭和石油资源是有限的；环境问题——(1)温室效应、(2)酸雨、(3)光化学烟雾；
能量守恒与耗散
能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变.
能源的分类
可再生能源与不可再生能源
一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的.
能源
环境
【典例1】关于能源及能源利用，下列说法中正确的是 ( )
A. 煤炭、石油和天然气都是化石能源
B. 太阳能电池能够将电能转化为太阳能
C. 由于能量是守恒的，因此没有必要节约能源
D. 水能和风能归根结底来源于太阳能，它们是不可再生能源
典例分析
【正确答案】A
【典例2】（多选）下列说法中正确的是(　 )
A.某种形式的能减少,一定存在其他形式的能增加
B.因为能量守恒,所以不存在“能源危机”
C.能量耗散表明自然界宏观过程具有方向性
D.能量耗散过程能量减少了
典例分析
【正确答案】AC
【典例3】下列哪些现象属于能量的耗散(　 )
A.利用水流能发电产生电能
B.电能在灯泡中变成光能
C.电池的化学能变成电能
D.火炉把屋子烤暖
典例分析
【正确答案】D
【典例4】关于能量和能源，下列说法正确的是（　　）
A．人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造
B．在能源的利用过程中，由于能量在数量上并未减少，所以不需要节约能源
C．自然界中只要涉及热现象的宏观过程都具有方向性
D．能量耗散现象说明：在能量转化的过程中，虽然能的总量并不减少，但能量品质提升了
典例分析
【正确答案】C
【典例5】某城市人口密度大，汽车等交通工具向大气中排放大量碳氢化合物、氮的氧化物等有害物质，最有可能发生的是（　　）
A．酸雨 B．臭氧层空洞
C．光化学烟雾 D．温室效应
典例分析
【正确答案】C
【典例6】如图是架在屋顶的太阳能热水器。已知单位时间内太阳垂直射到地面附近单位面积的能量 E0 为 7×103J/(m2 · s)。一台热水器的聚热面积为 2m2，若每天相当于太阳直射热水器 4h，太阳能的 20% 可转化为水的内能，那么这个热水器一天内最多能利用的太阳能为多少？
典例分析
【典例7】 某地区的风速为 14 m/s， 空气的密度为1.3 kg/m3。若使风力发电机转动的风通过的截面积为400 m2，且风能的20%可转化为电能，则发电功率是多少？
以时间 t 内通过横截面积为 400m2 的空气柱为研究对象
原创
典例分析
【解析】在 t 时间内通过横截面积为 400m2 的风能全部使风力发电机转动，根据能量守恒定律，有：
其中：m＝ρV＝ρvtS，
其动能有20%转化为电能，故发电功率为：
【典例8】 三峡水力发电站是我国最大的水力发电站。三峡水库蓄水后，平均水位落差约为 100 m，水的流量约为 1.35×104 m3/s。船只通航需要约 3500 m3/s 的流量，其余流量可全部用来发电。水流冲击水轮机发电时，水流减少的机械能有 20% 转化为电能。
(1) 按照以上数据估算，三峡发电站的发电功率最大是多少？
(2) 根据你对家庭生活用电的调查来估算，如果三峡电站全部用于城市生活用电，它可以满足多少个百万人口城市的生活用电？
【解析】（1）用于发电的水流量Q＝1.35×104 m3/s －3500 m3/s＝1×104 m3/s
每秒约有 1×104m3 的水用来发电，每秒用来发电的水质量 m＝ ρV＝ 1×107kg
则发电平均功率约为P＝ mgh×20% ＝ 2×109W
典例分析
【解析】（2）三口之家生活用电的平均功率为0.5kW
可供给用户数
人口数N＝3n＝12×106（可以满足12个百万人口城市的生活用电）
典例分析
【典例8】 三峡水力发电站是我国最大的水力发电站。三峡水库蓄水后，平均水位落差约为 100 m，水的流量约为 1.35×104 m3/s。船只通航需要约 3500 m3/s 的流量，其余流量可全部用来发电。水流冲击水轮机发电时，水流减少的机械能有 20% 转化为电能。
(1) 按照以上数据估算，三峡发电站的发电功率最大是多少？
(2) 根据你对家庭生活用电的调查来估算，如果三峡电站全部用于城市生活用电，它可以满足多少个百万人口城市的生活用电？