第五讲现代科学技术概论..ppt

3、“紫外灾难”与量子力学的创立 19世纪末期，物理学家开始深入地研究黑体的辐射强度分布。所谓的黑体指的是这样一种理想的物体，它对于外部射来的辐射全部吸收而不反射。 真正的黑体是不存在的，一般用用任何辐射、开有一个小孔的器壁围成的空腔来代替。 通过黑体来研究热辐射，寻找黑体辐射波长与温度之间的关系。 为了找到普遍的公式，物理学家们绞尽脑汁。两个公式肯定都有合理之处，但是他们在数学上是那么的格格不入，实在很难把两个公式统一在一起并给出合理的解释。1896年开始,普朗克也加入了寻找一个统一的黑体辐射公式的行列并且进行了艰难而细致的研究。由于此人的数学功底非常扎实，在紫外和红外两个公式的启发下，普朗克天才地用数学方法拼凑出了一个普遍适用的黑体辐射强度公式——普朗克公式。但是解释这个公式同样让人头疼，在波尔兹曼观点的启发下，他认识到必须抛弃能量连续的观念，认为物体在吸收或放出的能量时是一份一份不连续地进行的，只能取某个最小数值的整数倍。这个最小数值就叫能量子。从而提出了普朗克量子假设。 1900年普朗克提出“能量子”假说 二十一世纪人类社会面临的挑战： 人口剧增 食品短缺 资源匮乏 环境污染加剧 疑难病治疗等重大问题 四、能源工程 1、能源：能源是指人类用来获取能量的自然资源。 2、能源的分类 ① 按来源不同可把能源分为三类： 来自地球以外天体的能量(直接的太阳辐射能外，还包括间接来自太阳的能源如化石能源、生物能、水能、风能、海洋能等)； 地球本身蕴藏的能量资源(如地热能等)； 地球与其他天体相互作用而产生的能量(如潮汐能等)。 ② 按形成条件不同，可把能源分为两类： 一次能源：指天然存在的、可直接利用的(如原煤、原油、天然气、水力、太阳能等)； 二次能源：在一次能源基础上加工而成的(如电力、汽油、煤气、沼气、氢气等)。 ③按能否反复利用，可把能源分为两类 再生能源（如太阳能、风能、水力等）； 非再生能源（煤炭、石油、天然气等）。 ④ 按开发使用的程度不同，可把能源分为两类 常规能源，指已被广泛利用的能源； 新能源，指未被广泛利用、正在研究开发、有待推广的能源。 3、全球能源危机 有关资料显示：目前在世界初级能源的产量和消费中，居第一位的是石油，其次是煤炭、天然气。 石油的开采历史已超过140年；目前全球每天消耗石油量达7700万桶，且以每年1~2%的速度增加；目前世界石油总储量为3000~8000亿吨，可开采40~100年。 煤炭每年开采量为35亿吨；全球可供开采的煤炭储量为7000~17000亿吨；可供开采和使用的年限为200~500年。 乐观估计，目前全世界可开采的天然气总储量为280亿立方米；能满足170年的需求。 石油、煤炭、天然气等常规化石能源的储量日益减少，在可预见的不长时间内将被消耗殆尽，全球面临着严重的能源危机。如果新的替代能源没有届时被发现，人类的生存面临严重挑战！ 近20年来，世界上发生的许多危机、冲突都是围绕争夺能源引发的(如两伊战争，前苏联出兵阿富汗，海湾战争，科索沃战争，美国推翻塔利班，伊拉克战争等)。 美国、俄罗斯、日本、欧盟、中国等许多国家针对中东、里海等石油资源展开了激烈的较量和错综复杂的斗争。 我国煤炭储量居世界第3位，人均为世界平均水平的50%；石油储量居世界第6位，人均为世界平均水平的17%；人均石油产量与消费量占世界平均水平的21%~22%；我国天然气储量居世界第16位，人均为世界平均水平的10%。 目前我国人年均能源消耗是1000公斤标准煤，美国是11000公斤，英、德、法等国家为5000~6000公斤； 2030年以后，我国人年均能源消耗是2000~3000公斤标准煤，人口达15亿以上。 从1996年开始，我国由原油出口国变成原油进口国；2000年我国进口石油占消耗量的20%，2010年将达到40%以上。 美日等发达国家都建立了战略石油储备制度，可提供3~6个月的石油供应；我国没有战略石油储备。 解决我国及世界能源危机的途径：一是节约使用能源，二是加强新能源技术的研究、开发和利用，不断扩大利用新能源的比重。 4、新能源技术 A、核能； B、太阳能； C、地热能； D、风能； E、海洋能； F、生物能； G、氢能。 A、核能 核能又称原子能。它是指原子核结构发生变化(核裂变、核聚变)时释放出的能量。核能比化石燃料燃烧放出的能量大得多。1kg铀235 = 1800 t 石油或2800 t 标准煤。 核裂变反应是指一个重原子核分裂成2个较轻的新原子核的过程，有自发和诱导两种，一般指后者。 用来进行核裂变反应并连续释放能量的物质，称核裂变燃料。 如果核裂变反应中产生的中子再引起其它的铀核裂变，就可使核裂变反应不断地进行下去，称为“链式反应”。链式反应的速度极快，两次反应间隔时间