高一物理《能量守恒定律與能源》知識(shí)點(diǎn)總結(jié)
高一物理《能量守恒定律與能源》知識(shí)點(diǎn)總結(jié)
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高一物理《能量守恒定律與能源》知識(shí)點(diǎn)總結(jié)
一、能量的轉(zhuǎn)化與守恒
1.化學(xué)能:由于化學(xué)反應(yīng),物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)變化而產(chǎn)生的能量。
2.核能:由于核反應(yīng),物質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化而產(chǎn)生的能量。
3.能量守恒定律:能量既不會(huì)消滅,也不會(huì)創(chuàng)生,它只會(huì)從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式,或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體,而能的總量保持不變。
●內(nèi)容:能量既不會(huì)消滅,也不會(huì)創(chuàng)生,它只會(huì)從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式,或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體,而在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中,能量的總量保持不變。
即
E機(jī)械能1+E其它1=E機(jī)械能2+E其它2
●能量耗散:無法將釋放能量收集起來重新利用的現(xiàn)象叫能量耗散,它反映了自然界中能量轉(zhuǎn)化具有方向性。
二、能源與社會(huì)
1.可再生能源:可以長(zhǎng)期提供或可以再生的能源。
2.不可再生能源:一旦消耗就很難再生的能源。
3.能源與環(huán)境:合理利用能源,減少環(huán)境污染,要節(jié)約能源、開發(fā)新能源。
三、開發(fā)新能源
1.太陽能
2.核能
3.核能發(fā)電
4、其它新能源:地?zé)崮?、潮汐能、風(fēng)能。
能源的分類和能量的轉(zhuǎn)化
能源品種繁多,按其來源可以分為三大類:一是來自地球以外的太陽能,除太陽的輻射能之外,煤炭、石油、天然氣、水能、風(fēng)能等都間接來自太陽能;第二類來自地球本身,如地?zé)崮?,原子核?核燃料鈾、釷等存在于地球自然界);第三類則是由月球、太陽等天體對(duì)地球的引力而產(chǎn)生的能量,如潮汐能。
【一次能源】指在自然界現(xiàn)成存在,可以直接取得且不必改變其基本形態(tài)的能源,如煤炭、天然氣、地?zé)?、水能等。由一次能源?jīng)過加工或轉(zhuǎn)換成另一種形態(tài)的能源產(chǎn)品,如電力、焦炭、汽油、柴油、煤氣等屬于二次能源。
【常規(guī)能源】也叫傳統(tǒng)能源,就是指已經(jīng)大規(guī)模生產(chǎn)和廣泛利用的能源。表2-1所統(tǒng)計(jì)的幾種能源中如煤炭、石油、天然氣、核能等都屬一次性非再生的常規(guī)能源。而水電則屬于再生能源,如葛洲壩水電站和未來的三峽水電站,只要長(zhǎng)江水不干涸,發(fā)電也就不會(huì)停止。煤和石油天然氣則不然,它們?cè)诘貧ぶ惺墙?jīng)千百萬年形成的(按現(xiàn)在的采用速率,石油可用幾十年,煤炭可用幾百年),這些能源短期內(nèi)不可能再生,因而人們對(duì)此有危機(jī)感是很自然的。
【新能源】指以新技術(shù)為基礎(chǔ),系統(tǒng)開發(fā)利用的能源。其中最引人注目的是太陽能的利用。據(jù)估計(jì)太陽輻射到地球表面的能量是目前全世界能量消費(fèi)的1.3萬倍。如何把這些能量收集起來為我們所用,是科學(xué)家們十分關(guān)心的問題。植物的光合作用是自然界“利用”太陽能極為成功的范例。它不僅為大地帶來了郁郁蔥蔥的森林和養(yǎng)育萬物的糧菜瓜果,地球蘊(yùn)藏的煤、石油、天然氣的起源也與此有關(guān)。尋找有效的光合作用的模擬體系、利用太陽能使水分解為氫氣和氧氣及直接將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿榷际钱?dāng)今科學(xué)技術(shù)的重要課題,一直受到各國(guó)政府和工業(yè)界的支持與鼓勵(lì)。
以上是從能源的使用進(jìn)行分類的方法,若從物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的形式看,不同的運(yùn)動(dòng)形式,各有對(duì)應(yīng)的能量,如機(jī)械能(包括動(dòng)能和勢(shì)能)、熱能、電能、光能等等。各種形式的能量可以互相轉(zhuǎn)化,如動(dòng)能可與勢(shì)能互相轉(zhuǎn)化(建筑工地打夯的落錘的上、下運(yùn)動(dòng)所包括的能量轉(zhuǎn)化過程);化學(xué)能可與電能互相轉(zhuǎn)化(化學(xué)電池和電解就是實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)化的兩種過程)。在能量相互轉(zhuǎn)化過程中,盡管做功的效率因所用工具或技術(shù)不同而有差別,但是折算成同種能量時(shí),其總值卻是不變的,這就是能量轉(zhuǎn)化和能量守恒定律,這是自然界中一條極為基本的定律(另一條為質(zhì)量守恒定律),也是識(shí)破各式各樣永動(dòng)機(jī)的有力判據(jù)。在能量轉(zhuǎn)化過程過中,未能做有用功的部分稱為“無用功”,通常以熱的形式表現(xiàn)。
物質(zhì)體系中,分子的動(dòng)能、勢(shì)能、電子能量和核能等的總和稱為內(nèi)能。內(nèi)能的絕對(duì)值至今尚無法直接測(cè)定,但體系狀態(tài)發(fā)生變化時(shí),內(nèi)能的變化以功或熱的形式表現(xiàn),它們是可以被精確測(cè)量的。體系的內(nèi)能、熱效應(yīng)和功之間的關(guān)系式為:
△E=Q+W
其中△E是體系內(nèi)能的變化,Q是體系從外界吸收的熱量,W是外界對(duì)體系所做的功。這就是著名的熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式,也就是能量守恒定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。應(yīng)用上述公式時(shí),要注意各種物理量的正、負(fù)號(hào),即:
△E──(+)體系內(nèi)能增加, (-)體系內(nèi)能體系減少;
Q──(+)體系吸收熱量, (-)體系放出能量;
W──(+)外界對(duì)體系做功, (-)體系對(duì)外界做功。
例如1.00 g乙醇在78.3℃時(shí)氣化,需吸收 854 J的熱,這些乙醇由液態(tài)變成氣態(tài),在101 kPa壓力下所做的體積膨脹功為63.2J,這是體系對(duì)外界所做的功,應(yīng)為負(fù)值,所以該體系內(nèi)能的變化△E=[854+(- 63.2)]J=+791J,△E為正值,即體系內(nèi)能增加了791J。
能源的利用,其實(shí)就是能量的轉(zhuǎn)化過程。如煤燃燒放熱使蒸汽溫度升高的過程就是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為蒸汽內(nèi)能的過程;高溫蒸汽推動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電的過程是內(nèi)能轉(zhuǎn)化為電能的過程;電能通過電動(dòng)機(jī)可轉(zhuǎn)化為機(jī)械能;電能通過白熾燈泡或熒光燈管可轉(zhuǎn)化為光能;電能通過電解槽可轉(zhuǎn)化為化學(xué)能等等。柴草、煤炭、石油和天然氣等常用能源所提供的能量都是隨化學(xué)變化而產(chǎn)生的,多種新能源的利用也與化學(xué)變化有關(guān)?;瘜W(xué)變化的實(shí)質(zhì)是化學(xué)鍵的改組,所以了解化學(xué)鍵及鍵能等基本概念,將有助于加深對(duì)能源問題的認(rèn)識(shí)。
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