工程热力学在太阳能方面的应用.pptx

工程热力学在太阳能方面的应用 爱国 勤学 务实 奋进 太阳能研究背景及现状 热力学原理 太阳能发电站 一 二 三 四 五 提高太阳能利用的途径 太阳能前景及展望 目 录 爱国 勤学 务实 奋进 一、太阳能研究背景及现状 爱国 勤学 务实 奋进 火电需要燃烧煤 、 石油等化石燃料 。 一方面化石燃料蕴藏量有限 ；另一方面燃烧燃料将排出CO 2 和硫的氧化物, 因此会导致温室效应和酸雨, 恶化地球环境 。 水电要淹没大量土地, 有可能导致生态环境破坏, 而且大型水库一旦塌崩, 后果将不堪设想 。 另外, 还要受季节的影响 。 核电在正常情况下固然是干净的, 但万一发生核泄漏, 后果同样是可怕的。 由于以上原因致使人们不得不去寻找新能源 。而新能源要同时符合两个条件: ①蕴藏丰富不会枯竭; ②安全 、 干净, 不会威胁人类和破坏环境 。 目前找到的新能源主要有 2 种, ①太阳能, ②燃料电池 。 另外, 风力发电也可算是辅助性的新能源 。 其中, 最理想的新能源是太阳能 。 爱国 勤学 务实 奋进 太阳能是太阳内部连续不断的核聚变反应过程产生的能量。尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量（约为3.75×1026W）的22亿分之一，但已非常大，太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万吨煤。地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能以及部分潮汐能都是来源于太阳；即使是地球上的化石燃料（如煤、石油、天然气等）从根本上说也是远古以来贮存下来的太阳能。太阳能既是一次能源，又是可再生能源。它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。 爱国 勤学 务实 奋进 光热转换 光化转换 光合作用 空气、地表吸热 煤炭 食物中的化学能 空气变热形成风 水蒸气形成雨雪 光电转换 爱国 勤学 务实 奋进 国内太阳能研究方面的相关论文数量： 以上数据来源：中国知网 / 有哪些信誉好的足球投注网站关键词：太阳能 爱国 勤学 务实 奋进 三、热力学原理 爱国 勤学 务实 奋进 3.1 光子 根据相对论，光子的静止质量为零。 能量 动量 波长 其中 是普朗克常数，为频率，c为光速。 爱国 勤学 务实 奋进 当能量以辐射的形式从表面稳定的发射时，光子流的每一个光子的发射都导致固体中一个原子的能量水平下降。另一方面，光子的吸收伴随着能量传递到该表面，同时固体材料的原子经历了 向更高能量态的跃迁。 假设空间V最初是被完全抽成真空，考虑在该空间置物体A，其表面具有发射和吸收频率为 的光子的特性。如果有许多其他光子在封闭空间穿行，物体A对这些光子是完全透明的。最后空间充斥着频率为 的单色辐射，同时物体A达到 的平衡温度，这时认为单色辐射具有同样的温度 ，因为它与测量温度为 的物体达到了平衡。根据热力学第零定律，热辐射温度也能通过测定与辐射达到平衡时的物体的温度而间接地决定。 3.2 温度 爱国 勤学 务实 奋进 同理，用黑体B代替物体A来重复以上讨论。此时空间V中充斥所有频率的光子，为使其能够容纳最大波长的辐射，假设空间的直线尺寸足够大，且空间V与环境完全隔离。经过足够长的时间后，空间系统将达到内部平衡，此时黑体B的温度，也即是与黑体平衡的辐射，或光子聚集物的最终温度。 现在考虑空间V仅包含温度为T的黑体辐射。这些黑体无限小且处于平衡状态。空间内单位体积和单位频率段的光子数 可以用普朗克的光子体积密度公式来计算： 式中k为波尔兹曼常数 空间内与光子体密度 相应的单位体积能量为 ,即为 该式由普朗克提出，对其在全频率区域积分，即可得黑体辐射的比体积能量 式中 3.3 能量 爱国 勤学 务实 奋进 因此，充满在空间V里面黑体辐射能量为 结论：黑体辐射的单位容积总能量仅仅是温度的函数。所以光子气体有与理想 气体类比的特点，即 设闭口系统镜面壁面能像在无摩擦的缸套重的活塞一样运动，如前图，而外界 有净压力作用与活塞。该活塞有所有光子与避免碰撞的平均效果而向外运动， 辐射光子气对封闭面试加了压力，可用单个原子的经典动量理论来估算，即 其中，N是占据容积V的光子总数，m和 分别是单个分子的