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第十二章 电能 能量守恒定律
12.4能源与可持续发展
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？
机械能守恒定律告诉我们，做机械运动的物体具有动能和势能，相互之间可以转化。
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。
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.....
把刚煮好的热鸡蛋放在冷水中，过一会，鸡蛋的温度降低，水的温度升高，最后水和鸡蛋的温度相同。
是否可能发生这样的现象：原来温度相同的水和鸡蛋，过一会儿水的温度自发地降低，而鸡蛋的温度上升？——鸡蛋自然熟？
一、能量转移或转化的方向性
①一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。
热量
×
②在自然界中，有些过程，能量一旦释放出去，就不会再次自动聚集起来，供人类重新利用，这种现象叫作能量的耗散。
能源危机的深层次的含义
便于利用的能源
不便于利用的能源
③能量的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。
1、能源：
凡是能够提供可利用能量的物质统称为能源。它是现代社会生活的重要物质基础。
二、能源的分类与应用
2、能源的分类
可再生能源：
风能
地热能
潮汐能
特点：可循环使用、不断补充
不可再生能源：
煤
石油
天然气
特点：无法在短期内再生
3、我国能源发展概况
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。
水力发电
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
风能发电
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。
核能发电
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。
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
三、能源与社会发展
煤炭时期
石油时期
②煤炭和石油资源是有限的
以今天的开采和消耗速度，石油储藏将在百年内用尽，煤炭资源也不可能永续利用。
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
两级冰雪融化，海平面上升
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
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
1、(多选)下面关于能源的说法正确的是 (　　)
A.一切能源是取之不尽、用之不竭的
B.能源是有限的,特别是常规能源,如煤、石油、天然气等
C.大量消耗常规能源会使环境恶化,故提倡开发利用新能源
D.核能的利用对环境的影响比燃烧石油、煤炭大
BC
2、(多选)下列关于能量耗散的说法正确的是 (　　 )
A.能量耗散使能的总量减少,违背了能量守恒定律
B.能量耗散是指耗散在环境中的内能很难被人类利用
C.各种形式的能量向内能的转化,是能够自动全额发生的
D.能量耗散导致能量品质的降低
B C D
3、下列哪些现象属于能量的耗散（ ）
A.利用水流的机械能发电产生电能
B.电能在电动机中变成机械能
C.电池的化学能变成电能
D.火炉把屋子烤暖
D
4、下列说法中正确的是(　　)
A．从甲物体自发传递热量给乙物体，说明甲物体的内能比乙物体多
B．热机的效率从原理上讲可达到100%
C．因为能量守恒，所以“能源危机”是不可能的
D．以上说法均不正确
D
5、风能是一种很好的可再生能源,而且对环境的污染较小。近年来我国在西北地区,建立了许多风力发电厂。如图所示为风力发电的情景。通过风轮机个叶片旋转一周扫过面积的最大风能为可利用风能。已知:空气的密度为ρ,风轮机叶片的长度为r,若风速为,每台风力发电机输出电功率为P,求此过程中：
(1)单位时间内每台风力发电机获得的风能表示式;
(2)风力发电机利用风能的效率表示式。
解析:(1)由能量转化和守恒定律可知
而
把②代入①解得
①
②
(2)
6、某辆以蓄电池为驱动能源的环保汽车,总质量m=3×103kg。当它在水平路面上以v=36km/h的速度匀速行驶时,蓄电池的输出电流I=50A,输出电压U=200V。在此行驶状态下,该环保汽车能够将蓄电池输出功率的90%转化为用于牵引汽车前进的机械功率P机(g取10m/s2)
(1)求汽车所受阻力。
(2)若该环保汽车的驱动电机的内部结构如图所示,其
中R1=0.1Ω,R2=1950Ω,求电动机M的热功率。
解析:(1)蓄电池输出功率P=UI=200×50W=104W,
90%P=Fv,解得:F=900N；
因汽车匀速行驶,汽车所受阻力f=900N。
(2)电动机M两端电压U’=U-IR1=195V
R2中电流==0.1A,电动机输入电流I’=I-I2=49.9A,
电动机输入功率P’=U’I’=9730.5W,
输出功率P出=90%P=9000W
电动机M的热功率P热=P'-P出=730.5W。

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