1、能的转化与守恒能的转化与守恒能源与可持续发展能源与可持续发展 能量的传递包括转移与转换两种形式。能量的传递包括转移与转换两种形式。转移是某种形态的能量从一地转移到另转移是某种形态的能量从一地转移到另一地，从一物转移到另一物；转换则是一地，从一物转移到另一物；转换则是能量由一种形态变为另一形态。能量由一种形态变为另一形态。 能的转化和守恒定律能的转化和守恒定律能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，它能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，它只能从一种形式，转化为另一种形式或从只能从一种形式，转化为另一种形式或从一个物体转移到另一个物体，而能的总量一个物体转移到另一个物体，而能的总量保持不变。保持不变。
2、能量转化的方向性能量转化的方向性 根据能量的转化和守恒定律可知，能量在转根据能量的转化和守恒定律可知，能量在转化或转移的过程中，其总量总保持不变。电化或转移的过程中，其总量总保持不变。电能可以使电灯发光，同时产生内能散失在空能可以使电灯发光，同时产生内能散失在空气中，但这些内能却无法自动转化为电能。气中，但这些内能却无法自动转化为电能。该现象说明能量的转化具有该现象说明能量的转化具有_. 如同把炽热的铁放到水中，是水吸收了铁放如同把炽热的铁放到水中，是水吸收了铁放出的热量，一会儿后铁的温度与水的温度相出的热量，一会儿后铁的温度与水的温度相等，但此时水的热能不会再转化为铁的热能，等，但此时水的热
3、能不会再转化为铁的热能，使铁恢复原来的温度。这就是能量转化具使铁恢复原来的温度。这就是能量转化具有方向性。有方向性。 热力学第二定律热力学第二定律 热不可能自发地、不付代价地从低温物热不可能自发地、不付代价地从低温物体传到高温物体体传到高温物体(不可能使热量由低温物体不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化，这传递到高温物体，而不引起其他变化，这是按照热传导的方向来表述的是按照热传导的方向来表述的)。 不可能从单一热源取热，把它全部变为不可能从单一热源取热，把它全部变为功而不产生其他任何影响功而不产生其他任何影响(这是从能量消耗这是从能量消耗的角度说的的角度说的,它说明第二类永动
4、机是不可能它说明第二类永动机是不可能实现的）。实现的）。 热能不能完全转化为机械能，只能从高温热能不能完全转化为机械能，只能从高温物体传到低温物体物体传到低温物体 自然条件下热量只能从高温物体向低温物自然条件下热量只能从高温物体向低温物体转移，而不能由低温物体自动向高温物体转移，而不能由低温物体自动向高温物体转移，也就是说在自然条件下，这个转体转移，也就是说在自然条件下，这个转变过程是不可逆的。要使热传递方向倒转变过程是不可逆的。要使热传递方向倒转过来，只有靠消耗功来实现。过来，只有靠消耗功来实现。 比如空调制冷比如空调制冷热力学第二定律热力学第二定律 、热机能连续不断地将热变为机械功，、热机
5、能连续不断地将热变为机械功，一定伴随有热量的损失，热机的效率一定伴随有热量的损失，热机的效率不可能达到不可能达到100% 、能量有耗散，不能将能量的散失全、能量有耗散，不能将能量的散失全部收集起来重新利用，所以要节约能部收集起来重新利用，所以要节约能源源热力学第二定律的意义热力学第二定律的意义第二类永动机不可能制成第二类永动机不可能制成 有人曾计算过，地球表面有有人曾计算过，地球表面有10亿立方亿立方千米的海水，以海水作单一热源，若千米的海水，以海水作单一热源，若把海水的温度哪怕只降低把海水的温度哪怕只降低O.25度，放度，放出热量，将能变成一千万亿度的电能出热量，将能变成一千万亿度的电能足够
6、全世界使用一千年。但只用海洋足够全世界使用一千年。但只用海洋做为单一热源的热机是违反上述第二做为单一热源的热机是违反上述第二种讲法的，因此要想制造出热效率为种讲法的，因此要想制造出热效率为百分之百的热机是绝对不可能的。百分之百的热机是绝对不可能的。令人伤心绝望的定律令人伤心绝望的定律 来自物理学中一条最基本的定律来自物理学中一条最基本的定律-热力热力学第二定律。这条科学史上最令人伤学第二定律。这条科学史上最令人伤心绝望的定律，冥冥中似乎早已规定心绝望的定律，冥冥中似乎早已规定了宇宙的命运。简而言之，第二定律了宇宙的命运。简而言之，第二定律认为热量从热的地方流到冷的地方。认为热量从热的地方流到冷
7、的地方。对任何物理系统，这都是显而易见的对任何物理系统，这都是显而易见的特性，毫无神秘之处：开水变凉，冰特性，毫无神秘之处：开水变凉，冰淇淋化成糖水。要想把这些过程颠倒淇淋化成糖水。要想把这些过程颠倒过来，就非得额外消耗能量不可。过来，就非得额外消耗能量不可。 就最广泛的意义而言，第二定律认为宇宙就最广泛的意义而言，第二定律认为宇宙的的“熵熵”（无序程度）与日俱增。例如，（无序程度）与日俱增。例如，机械手表的发条总是越来越松；你可以把机械手表的发条总是越来越松；你可以把它上紧，但这就需要消耗一点能量；这些它上紧，但这就需要消耗一点能量；这些能量来自于你吃掉的一块面包；做面包的能量来自于你吃掉的
8、一块面包；做面包的麦子在生长的过程中需要吸收阳光的能量；麦子在生长的过程中需要吸收阳光的能量；太阳为了提供这些能量，需要消耗它的氢太阳为了提供这些能量，需要消耗它的氢来进行核反应。总之宇宙中每个局部的熵来进行核反应。总之宇宙中每个局部的熵减少，都须以其它地方的熵增加为代价。减少，都须以其它地方的熵增加为代价。 在一个封闭的系统里，熵总是增大在一个封闭的系统里，熵总是增大的，一直大到不能再大的程度。这的，一直大到不能再大的程度。这时，系统内部达到一种完全均匀的时，系统内部达到一种完全均匀的热动平衡的状态，不会再发生任何热动平衡的状态，不会再发生任何变化，除非外界对系统提供新的能变化，除非外界对系
9、统提供新的能量。对宇宙来说，是不存在量。对宇宙来说，是不存在“外界外界”的，因此宇宙一旦到达热动平衡状的，因此宇宙一旦到达热动平衡状态，就完全死亡，万劫不复。这种态，就完全死亡，万劫不复。这种情景称为情景称为“热寂热寂”。能源与可持续发展能源与可持续发展 能源是发展社会生产和提高人民生活能源是发展社会生产和提高人民生活 水平的重要物质基础，是推动国民经水平的重要物质基础，是推动国民经 济发展的强大动力。济发展的强大动力。 经济的增长和经济发展水平的提高都需要经济的增长和经济发展水平的提高都需要能源来支撑，因此，能源消费与经济发展能源来支撑，因此，能源消费与经济发展有着密不可分的关系。从世界能源
10、消费的有着密不可分的关系。从世界能源消费的增长趋势看，能源消费与世界经济发展的增长趋势看，能源消费与世界经济发展的趋势是一致的。趋势是一致的。 世界各国经济发展的实践证明，在经济正世界各国经济发展的实践证明，在经济正常发展的情况下，能源消耗总量和能源消常发展的情况下，能源消耗总量和能源消耗增长速度与国民经济生产总值和国民经耗增长速度与国民经济生产总值和国民经济生产总值增长率成正比例关系。济生产总值增长率成正比例关系。 世界经济和能源发展的历史显示，处于工世界经济和能源发展的历史显示，处于工业化初期的国家，经济的增长主要依靠能业化初期的国家，经济的增长主要依靠能源密集型工业的发展，能源效率也较低
11、源密集型工业的发展，能源效率也较低 人们的日常生活处处离不开能源，不仅衣、人们的日常生活处处离不开能源，不仅衣、食、住、行，而且文化娱乐、医疗卫生等食、住、行，而且文化娱乐、医疗卫生等都与能源密切相关。都与能源密切相关。 目前我国一次能源消费量已超过俄罗斯，目前我国一次能源消费量已超过俄罗斯，居世界第二位，但由于人口过多，人均能居世界第二位，但由于人口过多，人均能耗水平仍很低，全面建设小康社会仍然是耗水平仍很低，全面建设小康社会仍然是我国人民面临的重要任务。我国人民面临的重要任务。 21世纪的能源趋势 世界人口急剧增加，能源的消耗持续增长能源消耗对环境的影响 空气污染、固体废物污染、有害辐射、
12、水土流失和沙漠化 联合国最新公布的研究结果显示，在过去联合国最新公布的研究结果显示，在过去30年中，虽然国际社会在环保领域取得了年中，虽然国际社会在环保领域取得了一定成绩，但全球整体环境状况持续恶化。一定成绩，但全球整体环境状况持续恶化。国际社会普遍认为，贫困和过度消费导致国际社会普遍认为，贫困和过度消费导致人类无节制地开发和破坏自然资源，这是人类无节制地开发和破坏自然资源，这是造成环境恶化的罪魁祸首。造成环境恶化的罪魁祸首。 世界经济发展和人类赖以生存的环境是不世界经济发展和人类赖以生存的环境是不协调的，经济发展和人口增长给环境造成协调的，经济发展和人口增长给环境造成了巨大的压力，对发展中国
13、家这种情况尤了巨大的压力，对发展中国家这种情况尤为突出。为突出。 全球环境恶化主要表现在大气和江海污染全球环境恶化主要表现在大气和江海污染加剧、大面积土地退化、森林面积急剧减加剧、大面积土地退化、森林面积急剧减少、淡水资源日益短缺、大气层臭氧空洞少、淡水资源日益短缺、大气层臭氧空洞扩大、生物多样性受到威胁等多方面，同扩大、生物多样性受到威胁等多方面，同时温室气体的过量排放导致全球气候变暖，时温室气体的过量排放导致全球气候变暖，使自然灾害发生的频率和强度大幅增加。使自然灾害发生的频率和强度大幅增加。 1999年发现年发现的臭氧空洞是的臭氧空洞是有史以来观测有史以来观测到的最大一次，到的最大一次，
14、达到达到2600万万km2的面积的面积。 海平面上升与陆地淹没；海平面上升与陆地淹没； 气候带的移动；气候带的移动； 飓风的加剧飓风的加剧 ； 植被的迁徙与物种灭绝植被的迁徙与物种灭绝 ； 洋流的变化与厄尔尼诺现象；洋流的变化与厄尔尼诺现象； 雨型的改变。雨型的改变。CO2浓度浓度/106温度偏差温度偏差/C年份年份地球表面温度的历史变迁地球表面温度的历史变迁资料来源：资料来源：The Carbon Dioxide information Analysis Center. Oak Ridge National Laboratory. 1995CO2浓度浓度平均温度偏差平均温度偏差 20世纪世纪
15、80年代中期，在南极上空发现了年代中期，在南极上空发现了，它与地球变暖及所谓的，它与地球变暖及所谓的和和问题构成全球性的大气环境问问题构成全球性的大气环境问题，明显地危及全人类的生存和繁衍，引题，明显地危及全人类的生存和繁衍，引起了国际社会的高度关注，使当今的世界起了国际社会的高度关注，使当今的世界环境问题具有明显的时代特征。环境问题具有明显的时代特征。世界十大严重污染城市中国占：个7因二氧化硫排放，每年经济损失1126亿元(世界银行统计超过5000亿元)!占全国排放比例占全国排放比例：燃煤污染物燃煤污染物S O2： 8 5 % CO2 ：85%NOx：60% 粉尘：粉尘：70%世界性的能源问
16、题主要反映在能源短缺及世界性的能源问题主要反映在能源短缺及供需矛盾所造成的能源危机。供需矛盾所造成的能源危机。世界能源面临的另一问题是，随着经济的世界能源面临的另一问题是，随着经济的发展和生活水平的提高，人们对环境质量发展和生活水平的提高，人们对环境质量的要求也越来越高，相应的环保标准和环的要求也越来越高，相应的环保标准和环保法规也越来越严格。保法规也越来越严格。 人均能源资源相对不足，资源质量较差，探人均能源资源相对不足，资源质量较差，探明程度低；明程度低； 能源生产消费以煤为主；能源生产消费以煤为主； 能源工业技术水平低下，劳动生产率较低；能源工业技术水平低下，劳动生产率较低； 能源资源分
17、布不均，交通运力不足，制约了能源资源分布不均，交通运力不足，制约了能源工业发展；能源工业发展； 能源供需形势依然紧张；能源供需形势依然紧张； 能耗水平高，能源利用率低下；能耗水平高，能源利用率低下； 农村能源问题日趋突出，影响越来越大；农村能源问题日趋突出，影响越来越大； 能源环境问题日趋严重，制约了社会经济能源环境问题日趋严重，制约了社会经济发展；发展； 能源开发逐步西移，开发难度和费用增加；能源开发逐步西移，开发难度和费用增加； 从能源安全角度考虑，面临严重挑战；从能源安全角度考虑，面临严重挑战； 能源建设周期长，投资超预算；能源建设周期长，投资超预算； 能源价格未能反映其经济成本和能源资
18、源能源价格未能反映其经济成本和能源资源的稀缺性。的稀缺性。 努力改善能源结构；努力改善能源结构；提高能源利用率；提高能源利用率；加速实施洁净煤技术；加速实施洁净煤技术；合理利用石油和天然气；合理利用石油和天然气；加快电力发展速度；加快电力发展速度； 积极开发利用新能源；积极开发利用新能源； 建立合理的农村能源结构，扭转农村严重建立合理的农村能源结构，扭转农村严重缺能局面；缺能局面； 改善城市民用能源结构，提高居民生活质改善城市民用能源结构，提高居民生活质量；量； 重视能源的环境保护重视能源的环境保护。未来的理想能源必须满足的条件： 第一，必须足够丰富，可以保证长期使用；第一，必须足够丰富，可以
19、保证长期使用； 第二，必须足够便宜，可以保证多数人用得第二，必须足够便宜，可以保证多数人用得起；起； 第三，相关的技术必须成熟，可以保证大规第三，相关的技术必须成熟，可以保证大规模使用；模使用； 第四，必须足够安全、清洁，可以保证不会第四，必须足够安全、清洁，可以保证不会严重影响环境。严重影响环境。 “地球是宇宙中唯一已知的可以维持生命地球是宇宙中唯一已知的可以维持生命的星球。的星球。” “人类寻求经济发展及享用自然界丰富的人类寻求经济发展及享用自然界丰富的资源，必须符合资源有限的事实及生态系资源，必须符合资源有限的事实及生态系统的支持能力，还必须考虑子孙后代的需统的支持能力，还必须考虑子孙后代的需要。要。” 世界自然资源保护大纲世界自然资源保护大纲
