hu能量守恒定律与能源解析.pptx

10 能量守恒定律与能源能量守恒定律与能源 电站有一个高塔，塔顶上装有锅炉，塔的周围装有平面反射电站有一个高塔，塔顶上装有锅炉，塔的周围装有平面反射镜，它把阳光反射后集中在锅炉上，把锅炉内的工作物质水镜，它把阳光反射后集中在锅炉上，把锅炉内的工作物质水加热成高温高压蒸汽。高温高压蒸汽通过管道输送到汽轮发加热成高温高压蒸汽。高温高压蒸汽通过管道输送到汽轮发电机。电机。l塔式太阳能热电站塔式太阳能热电站太阳能太阳能内能内能机械能机械能电能电能 雷电是大气雷电是大气中的一种放电现中的一种放电现象。雷雨云在形象。雷雨云在形成过程中，一部成过程中，一部分积聚起正电荷，分积聚起正电荷，另一部分积聚起另一部分积聚起负电荷，当这些负电荷，当这些电荷积聚到一定电荷积聚到一定程度时，就产生程度时，就产生放电现象。放电现象。打雷放电时间极短，但电流异常强大。放电时产生的强光，打雷放电时间极短，但电流异常强大。放电时产生的强光，就是闪电。闪电时释放出的大量热能，能使局部空气温度瞬间升就是闪电。闪电时释放出的大量热能，能使局部空气温度瞬间升高万高万 2万摄氏度。万摄氏度。雷电雷电电能电能 光能、光能、声能、声能、内能内能l光合作用光合作用 光能光能 化学能化学能 在一定条件下，系统内的动能和势能相互转化，在一定条件下，系统内的动能和势能相互转化，但其和保持不变，即服从但其和保持不变，即服从机械能守恒定律机械能守恒定律。当其它形式的能量如电能、内能、化学能、当其它形式的能量如电能、内能、化学能、光能等参与转化时，是否服从光能等参与转化时，是否服从类似的规律类似的规律呢？呢？：一一 1（1）能量的转化能量的转化电动机电动机 电能电能 机械能机械能发电机发电机 机械能机械能 电能电能一一 1（1）能量的转化能量的转化l焦耳定律焦耳定律Q=I Rtl电能电能 内能内能2 电能电能 光能光能、内能内能一一 1（1）能量的转化能量的转化化学能化学能 内能内能 机械能机械能 水能（动能、重力势能）水能（动能、重力势能）电能电能 一一 1（1）能量的转化能量的转化水果电池水果电池化学能化学能 电能电能机械能机械能 内能内能一一 1（1）能量的转移能量的转移刚煮好的鸡蛋放入凉水中刚煮好的鸡蛋放入凉水中内能：鸡蛋内能：鸡蛋 凉水凉水动能：风动能：风 帆船帆船一一 1（1）能量的转化能量的转化 两个相同的铅球在光滑的水平面上相向运动，两个相同的铅球在光滑的水平面上相向运动，碰撞后粘在一块。并静止在地面上碰撞后粘在一块。并静止在地面上？动能动能 内能内能一一 1（2）什么是永动机）什么是永动机l蒸汽机消耗煤炭，内燃机消耗汽油或柴油，电动机消耗蒸汽机消耗煤炭，内燃机消耗汽油或柴油，电动机消耗电力，有没有一种机器，它不消耗任何燃料或动力，却电力，有没有一种机器，它不消耗任何燃料或动力，却可以不停地运转，源源不断的对外做功呢？这种机器被可以不停地运转，源源不断的对外做功呢？这种机器被称为永动机。称为永动机。l 据说很久很久以前，在印度有一个被地主压迫的可怜人，据说很久很久以前，在印度有一个被地主压迫的可怜人，他每天被迫干好多活他每天被迫干好多活，终于有一天，终于有一天，这个可怜的年轻人厌倦了这个可怜的年轻人厌倦了这种生活，他就想这种生活，他就想：有没有一种机器可以代替我干活呢：有没有一种机器可以代替我干活呢?它它只干活不休息，也不需要什么能量只干活不休息，也不需要什么能量，要是有的话就太好了，要是有的话就太好了 据说这个就是最早的关于永动机的想法据说这个就是最早的关于永动机的想法。这个思想的火。这个思想的火 花在花在1200年前从印度出发，年前从印度出发，传到了伊斯兰教世界，传到了伊斯兰教世界，并传到了并传到了西方。西方。大约在大约在1570年，意大利有一年，意大利有一位教授叫泰斯尼尔斯，提出用磁位教授叫泰斯尼尔斯，提出用磁石的吸力可以实现永动机。他的石的吸力可以实现永动机。他的设计如图所示，设计如图所示，A是一个磁石，铁是一个磁石，铁球球C受磁石吸引可沿斜面滚上去，受磁石吸引可沿斜面滚上去，滚到上端的滚到上端的E处，从小洞处，从小洞B落下，落下，经曲面经曲面BFC返回，复又被磁石吸返回，复又被磁石吸引，铁球就可以沿螺旋途径连续引，铁球就可以沿螺旋途径连续运动下去。运动下去。一一 1（2）永动机的梦想）永动机的梦想一一 1（2）永动机的梦想）永动机的梦想 上世纪上世纪20年代德国的一张明信片年代德国的一张明信片,拿爱因斯坦开玩笑拿爱因斯坦开玩笑，想想看这个永动机为什么不行？想想看这个永动机为什么不行？一一 1（2）永动机梦想的破灭）永动机梦想的破灭 此外，人们还提出过利用轮子的惯性、细管此外，人们还提出过利用轮子的惯性、细管子的毛细作用、子的毛细作用、电磁力、流水等获得有效动力的电磁力、流水等获得有效动力的种种永动机设计方案，但都无一例外地失败了种种永动机设计方案，但都无一例外地失败了 层出不穷的永动机设计方案，都在科学的严层出不穷的永动机设计方案，都在科学的严格审查和实践的无情检验下一一失败了。格审查和实践的无情检验下一一失败了。1775年，年，法国科学院宣布法国科学院宣布“本科学院以后不再审查有关永本科学院以后不再审查有关永动机的一切设计动机的一切设计”。一一 1（2）永动机的启示）永动机的启示 制造永动机的美好梦想虽然破灭制造永动机的美好梦想虽然破灭了，但是，反思这一失败的探索过程，了，但是，反思这一失败的探索过程，它从反面给人类以启迪：永动机不可它从反面给人类以启迪：永动机不可能制成，是不是说明自然界存在着一能制成，是不是说明自然界存在着一条法则，它使我们不可能无中生有地条法则，它使我们不可能无中生有地获得能量？也就是说自然界各种能量获得能量？也就是说自然界各种能量之间存在着一定的转化关系。之间存在着一定的转化关系。迈尔在迈尔在1814年年11月月25日生于德国。日生于德国。他的父亲是位药剂师。少年时代的迈尔，他的父亲是位药剂师。少年时代的迈尔，经常跟着父亲去看制作各种药品的试验。经常跟着父亲去看制作各种药品的试验。1838年，迈尔在蒂宾根大学获得学位。年，迈尔在蒂宾根大学获得学位。25岁的迈尔正式在汉堡开业行医。岁的迈尔正式在汉堡开业行医。一一 2.能量守恒定律的建立过程能量守恒定律的建立过程 迈尔迈尔 1840到到1841年初，迈尔在一艘海年初，迈尔在一艘海轮上当了几个月的随船医生。这段旅程轮上当了几个月的随船医生。这段旅程成为了他在物理学上作出成就、从医学成为了他在物理学上作出成就、从医学的途径得出能量守恒的结论的起点。的途径得出能量守恒的结论的起点。迈尔迈尔(18141878)1840年年2月月22日日，迈迈尔尔跟跟着着船船队队来来到到印印度度尼尼西西亚亚，当当时时很很多多船船员员患患了了肺肺炎炎，在在医医治治中中迈迈尔尔发发现现他他们们的的静静脉脉血血不不像像生生活活在在温温带带国国家家中中的的人人的的静静脉脉血血那那样样颜颜色色暗暗淡淡，而而是是像像动动脉脉血血那那样样新新鲜鲜。这这一一现现象象引引起起了了迈迈尔尔的的深深思思。迈迈尔尔认认为为人人的的血血液液之之所所以以是是红红的的是是因因为为里里面面含含有有氧氧，而而食食物物中中含含有有化化学学能能，被被氧氧化化时时像像机机械械能能一一样样可可以以转转化化为为热热，维维持持人人的的体体温温。在在热热带带高高温温情情况况下下，人人要要维维持持体体温温，机机体体只只需需要要吸吸收收较较少少的的热热量量，所所以以机机体体中中食食物物的的燃燃烧烧过过程程减减弱弱了了，因因此此静静脉脉血血中中留留下下了了较较多多的的氧氧。迈迈尔尔认认为为，热热能能、化化学学能能、机机械械能能都都是是等等价价的的，而而且且是是可可以以相相互互转转化化的的。1842年年迈迈尔尔从从“无无不不生生有有，有有不不变变无无”和和“原原因因等等于于结结果果”的的观观念念出出发发，表表述述了了物物理理、化化学学过过程程中中各各种种力力(能能)的的转转化化和和守守恒恒的的思思想想。迈迈尔尔是是历历史史上上第第一一个提出能量守恒定律的人。个提出能量守恒定律的人。一一 2.能量守恒定律的建立过程能量守恒定律的建立过程 焦耳焦耳 英国物理学家。英国物理学家。1818年年12月月24日生于索尔福。他父亲是酿酒厂的日生于索尔福。他父亲是酿酒厂的厂主。焦耳从小体弱不能上学，在厂主。焦耳从小体弱不能上学，在家跟父亲学酿酒，并利用空闲时间家跟父亲学酿酒，并利用空闲时间自学化学、物理。他很喜欢电学和自学化学、物理。他很喜欢电学和磁学，对实验特别感兴趣。后来成磁学，对实验特别感兴趣。后来成为英国曼彻斯特的一位酿酒师和业为英国曼彻斯特的一位酿酒师和业余科学家。余科学家。焦耳（焦耳（18181889）l1840年年，他他发发现现将将通通电电的的金金属属丝丝放放入入水水中中，水水会会发发热热，通通过过精精密密的的测测试试，焦焦耳耳发发现现了了电电热热之之间间的的关关系系焦耳定律。焦耳定律。焦耳从焦耳从18401878年近年近40年的时间里，研究了电流的热年的时间里，研究了电流的热效应，研究了空气压缩时温度的升高，以及化学，机械作用之效应，研究了空气压缩时温度的升高，以及化学，机械作用之间的联系，他做了间的联系，他做了400多次实验，为能量守恒定律的确立奠定多次实验，为能量守恒定律的确立奠定了坚实的实验基础。了坚实的实验基础。亥亥姆姆霍霍兹兹（18211894），德德国国物物理理学学家家和和生生理理学学家家。1821年年10月月31日日生生于于柏柏林林波波茨茨坦坦的的一一个个中中学学教教师师家家庭庭。中中学学毕毕业业后后在在军军队队服服役役8年年，取取得得公公费费进进入入在在柏柏林林的的皇皇家家医医学学科科学学院院，并并柏柏林林大大学学旁旁听听。1842年年获获医医学学博博士士学学位位后后，被任命为波茨坦驻军军医。被任命为波茨坦驻军军医。1847年他在新成立的德国物理学会发表了著名的年他在新成立的德国物理学会发表了著名的“关关于能量的守恒于能量的守恒”的讲演，第一次用数学方式系统地阐述了的讲演，第一次用数学方式系统地阐述了能量守恒原理能量守恒原理。一一 2.能量守恒定律的建立过程能量守恒定律的建立过程 亥姆霍兹亥姆霍兹一一 3 能量守恒定律的内容能量守恒定律的内容l 能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它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别的形式，或者从一个物只能从一种形式转化为别的形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中其总体转移到别的物体，在转化或转移的过程中其总量不变量不变。l某某种种形形式式的的能能减减少少，一一定定有有其其他他形形式式的的能能量量增增加加，且且减减少少量量和和增增加加量量一一定定相相等等某某个个物物体体的的能能量量减减少少，一一定定存存在在其其他他物物体体的的能能量量增增加加，且且减减少少量量和和增加量一定相等。增加量一定相等。一一 4 能量守恒定律的意义能量守恒定律的意义l能量守恒定律能量守恒定律同同生物进化论生物进化论、细胞的发现细胞的发现被恩被恩格斯誉为格斯誉为19世纪的三个最伟大的科学发现。世纪的三个最伟大的科学发现。l能量守恒定律是在无数实验事实的基础上建立能量守恒定律是在无数实验事实的基础上建立起来的，是自然科学的起来的，是自然科学的普遍规律普遍规律之一。之一。l自然界一切已经实现的过程都遵守能量守恒定自然界一切已经实现的过程都遵守能量守恒定律。凡是违反能量守恒定律的过程都是不可能律。凡是违反能量守恒定律的过程都是不可能实现的，例如实现的，例如“永动机永动机”只能以失败而告终。只能以失败而告终。l机械能守恒定律只是能量守恒定律的特例。机械能守恒定律只是能量守恒定律的特例。练习练习l在夏季的时候，假如打开冰箱门来使房间温度降在夏季的时候，假如打开冰箱门来使房间温度降低，是否可行？为什么？低，是否可行？为什么？l不可行。冰箱工作时要消耗电能，而这些电能最不可行。冰箱工作时要消耗电能，而这些电能最终转化为房间的内能，所以房间的温度不降反升。终转化为房间的内能，所以房间的温度不降反升。能源的分类能源的分类l能源：凡是能够提供可利用能量的物质统称为能源能源：凡是能够提供可利用能量的物质统称为能源l能源可分为常规能源和新能源两类能源可分为常规能源和新能源两类l常规能源：煤、石油和天然气等常规能源：煤、石油和天然气等新能源新能源太太阳阳能能新能源新能源风风能能 新新疆疆达达坂坂 风风力力发发电电厂厂新能源新能源水水能能 三三峡峡水水电电站站新能源新能源核核能能 深深圳圳大大亚亚湾湾核核电电站站 新能源新能源西藏羊八井地热电站西藏羊八井地热电站 温泉温泉地热能地热能二二 2 人类对能源的利用经过了三个时期人类对能源的利用经过了三个时期柴薪时期柴薪时期出现年代：五出现年代：五六十万年前六十万年前火的使用是人火的使用是人类在能源利用类在能源利用上的第一个里上的第一个里程碑，它使人程碑，它使人类脱离了茹毛类脱离了茹毛饮血的时代。饮血的时代。二二 2 人类对能源的利用经过了三个时期人类对能源的利用经过了三个时期煤炭时期煤炭时期出现年代出现年代：2000年前年前蒸汽机的广泛蒸汽机的广泛使用，带动了使用，带动了工业革命和资工业革命和资本主义社会的本主义社会的成长。成长。二二 2 人类对能源的利用经过了三个时期人类对能源的利用经过了三个时期石油时期石油时期 出现年代：出现年代：19世纪世纪80年代年代内燃机的发展推动了内燃机的发展推动了19世纪末，世纪末，20世纪初开始的机世纪初开始的机械化和电气化进程。械化和电气化进程。二二 3（1）能源短缺）能源短缺l2004年世界能源统计年鉴的最新数据显示，世界年世界能源统计年鉴的最新数据显示，世界石油总储量为石油总储量为1.15万亿桶，仅供开采万亿桶，仅供开采41年；全球年；全球天然气储量为天然气储量为176万亿立方米，仅供开采万亿立方米，仅供开采63年。年。日本权威能源研究机构也申明，全球煤炭埋藏量日本权威能源研究机构也申明，全球煤炭埋藏量10316亿吨，可开采亿吨，可开采231年。年。二二 3（2）环境恶化）环境恶化温室效应使全球气候变暖温室效应使全球气候变暖1999年北极拍摄年北极拍摄两极冰山融化两极冰山融化 二二 3（2）环境恶化）环境恶化汽车的尾气汽车的尾气二二 3（2）环境恶化）环境恶化化石燃料化石燃料(煤和燃油煤和燃油)的燃烧的燃烧空中死神空中死神酸雨酸雨 二二 3（2）环境恶化）环境恶化大气污染大气污染燃料的化学能一部燃料的化学能一部分转化为食物的内分转化为食物的内能，最终都转化为能，最终都转化为周围环境的内能。周围环境的内能。二二 3（3）能量耗散）能量耗散 能能量量耗耗散散表表明明，在在能能源源的的利利用用过过程程中中，即即在在能能量量的的转转化化过过程程中中，能能量量在在数数量量上上并并未未减减少少，但但在在可可利利用用的的品品质质上上却却降降低低了了，从从便便于于利利用用变变成成不不便便于于利利用用的的了了，这这是是能能源源危危机机更更深深层层次次的的含含义义，也也是是“自自然然界界的的能能量量虽虽然然守守恒恒，但但还还是是要要节节约约能能源源”的的根根本原因。本原因。