第二十一章 能源与可持续发展【荐】.pdfVIP

第二十一章 能源与可持续发展 历史上许多民族都将太阳作为顶礼膜拜的神明。如果没有太阳，地球就会处 在黑暗和冰冷的长夜中，也不会孕育出任何生命。 实际上，夜幕中那些恒星离我们非常遥远，所以看起来没有太阳那么大、那 么亮。太阳是离地球最近的一颗恒星。许多恒星比太阳还大。每颗恒星都在释放 巨大的能量，它们每时每刻都在向外辐射着惊人的光和热 。 太阳和其他恒星为什么会辐射如此巨大的能量？地球上的能量都是由太阳 提供的吗？太阳能够永无止境地发出光和热吗？让我们在本章中一起探索这些 有趣的问题吧！ 1 一、能源 金属的冶炼、机器的运转、汽车和火车等交通工具的行驶，都需要能量，日 常生活中烧饭、取暖、照明等，也都需要能量，我们在生产和生活中利用的这些 能量，是通过各种能源提供的。 煤、石油、天然气在燃烧时可以提供能量，它们是能源。水流和风也可以提 供能量，它们也是能源。各种能源的广泛利用，给人类的物质文明和精神文明带 来了巨大的进步。 人类利用能源的历程 自从原始人发现使用火的方法以后，能源就成为人类文明跃进的重要物质基 础。人类历史上不断进行着能量转化技术的进步，让我们沿着人类文明的进步历 程来认识各种各样的能源。 远古人类和其他动物一样，只能利用无私的太阳所赐予的天然能源——太阳 能。 太阳能是远古人类的唯一能源 图21.1-1 将各图按能量转移的先后顺序串联起来 钻木取火是人类在能量 转化方面最早的一次转变。从 利用自然火到利用人工火的 转变，导致了以柴薪作为主要 能源的时代的到来。相对于当 时的人口和当时的生产力，柴 薪是一种数量巨大、能够方便 获取的能源。人类以柴薪为主 要能源的时代，持续了近一万 年。现在，柴薪仍是某些发展 图21.1-2 从这幅图画，你能想到多少个能量转化的过程？ 中国家的重要生活能源。 蒸汽机的发明是人类利用能量的新里程碑。人类从此逐步以机械动力大规模 代替人力和畜力，人类的主要能源由柴薪转向煤，进而转向石油和天然气。 2 图21.1-3 煤的燃烧把锅炉中的水变成水蒸气，水蒸气进入汽缸，推动活塞，带动机器工作。 我们今天使用的煤、石油、天然气，是千百万年前埋在地下的动植物经过漫 长的地质年代形成的，所以称为化石能源。 从18世纪中叶开始的化石能源的广 泛使用使人类文明在短短二百多年中发生了飞速进步。利用化石能源的各种新型 热机的问世和使用，使人类对化石能源的依赖日益加深。像化石能源这样可以直 接从自然界获得的能源，我们称为一次能源,风能、水能、太阳能、地热能以及 核能也属于一次能源。 图21.1-4 这些机器都离不开化石能源 电能是由其他形式的能转化而 来的，它最终还要转化为光能、内 能、动能等其他形式的能，才能为 人类所用。那么，为什么还要使用 电能呢？因为电能便于输送和转 化。现代社会离不开的各种各样的 用电器，是将电能转化为其他各种 形式能量的转化器。由于电能无法 从自然界直接获取，必须通过一次 图21.1-5 电能的利用是人类进入现代文明社会的标志 能源的消耗才能得到，所以称电能这样的能源为二次能源。 3 21世纪的能源趋势 由于世界人口的急剧增加和经济的不断