趣话高中物理选修3第10章热力学定律第6节能源和可持续发展.docx

第6节 能源和可持续发展本章学习了能量守恒定律，知道自然界中的能量是守恒的，热力学第二定律说明，热力学过程是有方向的。在各种能量转化的过程中，都有内能产生，这些内能是地球变暖，地球温度升高以后，向外界辐射的能量变大，这些能量跑了，如果不跑，地球变暖对地球的生存环境的影响也是很不好的。由开尔文的表述，功是可以完全变成热量的，但是热量完全变成功是要引起其它变化的，也就是热很难完全做功。这样，经过各种热现象，能量就变成内能跑到空气中了，这就是能量耗散。这样，将原来的化学能、机械能等高品质能量变成内能这样的低品质能量。这是因为内能不能完全转化。能源自古就受到人类的重视。我们古代说的开门七件事：“柴、米、油、盐、酱、醋、茶”中，第一个“柴”就是古代人们生活的主要能源。放在第一位，足够重视。不管是我国的燧人氏还是西方的普罗米修斯，都是因为为人们提供了使用能源必须的火种而受到后人的崇拜，奥运会的火炬仪式也说明人们对火的尊崇。有了火，人们可以吃到熟食，可以加工金属。古代的能源消耗不高，自己种植的庄稼足以满足自己的需要。后来的工业发展，人们找到了储存在地下几百万年的能源，煤和石油，为了使用方便，又有了二次能源，电力。原来做饭用的柴禾因为用着不方便，也改成了天然气、液化气和电。出门旅行也懒得走路，有了汽车，尤其是近年私家车的迅猛发展，还有火车、飞机等等。这些东西给人们带来便利的同时，也加快了能源的开发。目前，能源开发的有多快，我们看看世界五百强就知道了，除了排在前面的沃尔玛外，剩下的前几名都是与能源有关的公司，主要就是石油和电力。我国最大的三个公司分别是：国家电网、中石油、中石化。再看看繁华的欧佩克国家，就知道石油的开采是什么情况。前些年我国最牛的煤老板，也说明对煤的开采到了什么程度。这些能源是有限的，是经过几百万年才形成的，煤和石油是古代动植物的尸体形成的，可以称为化石能源，这些能源的大量使用，提高了空气的温度，使地球变暖，冰山减少，破坏了环境。这些能源里面都含有硫，硫的燃烧会产生二氧化硫和亚硫酸，这些东西形成化学污染。前一阵吵得沸沸扬扬的柴静事件，就是因为能源的污染而起。自从国人发明的火药之后，战争就升级到热兵器时代。后来，诺贝尔的黄色火药和美国的原子弹又是战争进一步升级。现代的战争中，能源和污染是不可或缺的两大主题。各种武器离不开能源，石油、电力和炸药，还有核能的使用，在战争中无所不用其极，平时有各种法律 约束，一旦发生战争，这些约束就不管用了。对新能源的开发，实现可持续的发展，是人们的追求。但是现在对能源的需要量太大，新能源无法满足。主要从我国实际情况说明。第一个是水利资源，我国有众多的河流，尤其是大西南，河流多，落差大，适合建设水电站。最著名的是长江三峡，从孙中山、毛泽东这些伟人，就开始计划三峡工程，毛主席的诗词中写到：“更立西江石壁，截断巫山云雨，高峡出平湖。”不正是i三峡工程的写照吗？只是苦于当时经济条件不允许，一直等到近年国家富裕以后，才建成。这种电站不需要多少后期投入，只要长江的水不断，发电就不断。但是也是有代价的，比如原来三峡中水面以上的古迹到了水面一下，虽然进行了保护性搬迁，但毕竟失去了一些意义。还有一些回游鱼类，还没有学会如何通过船闸，命运可想而知。太阳是取之不尽用之不竭的清洁能源，没有什么污染。我国的太阳能发电（也称光伏）设备生产处于领先水平，但是，太阳能发电站很少，设备大部分用来出口。目前，电力部门为鼓励光伏发电，高价收购光伏电力，赔本经营。不过，另一方面，我国的太阳能热水器产销两旺，应该是使用最多的国家。风力发电也是清洁能源之一，在内蒙和青海这些风能充足的地方，风力发电是很普及的，很多蒙古包外面竖着一个杆子，上面是风力发电设备。光伏和风电是最清洁的能源，但受条件的限制，电量不会太大，无法满足工业和军事的要求。核电站是可以大量发电的，目前的核电站，都是核裂变发电，核聚变目前只用于战争。目前一些发达的经济体正在研究核聚变的发电，因为聚变发电原料较多，能量较大，污染较小。不过，核电站的安全是十分重要的，从前苏联的切尔诺贝利电站的爆炸，到日本福岛第一核电站的泄漏，都给人们敲响了警钟。目前，我国的核电站不多，但是正在建设和准备建设的不少，建议相关人员把安全放在首位。选修3-3终。