《物理课件10能量守恒定律与能源》由会员分享,可在线阅读,更多相关《物理课件10能量守恒定律与能源(42页珍藏版)》请在金锄头文库上搜索。
1、10 能量守恒定律与能源 电站有一个高塔,塔顶上装有锅炉,塔的周围装有平面反射 镜,它把阳光反射后集中在锅炉上,把锅炉内的工作物质水 加热成高温高压蒸汽。高温高压蒸汽通过管道输送到汽轮发 电机。l塔式太阳能热电站太阳能内能机械能电能雷电是大气 中的一种放电现 象。雷雨云在形 成过程中,一部 分积聚起正电荷 ,另一部分积聚 起负电荷,当这 些电荷积聚到一 定程度时,就产 生放电现象。打雷放电时间极短,但电流异常强大。放电时产生的强光 ,就是闪电。闪电时释放出的大量热能,能使局部空气温度瞬 间升高万 2万摄氏度。 雷电电能 光能、 声能、 内能l光合作用光能 化学能在一定条件下,系统内的动能和势能
2、相互转化 ,但其和保持不变,即服从机械能守恒定律。当其它形式的能量如电能、内能、化学能 、光能等参与转化时,是否服从类似的规律呢 ?:内容提要一、能量守恒定律1.能量守恒定律确立的依据(1)能量的转化与转移(2)永动机不可能制成2.能量守恒定律的建立过程迈尔 焦耳 亥姆霍兹3.能量守恒定律的内容4.能量守恒定律的意义二、能源和能量耗散1.能源的分类2能源与社会发展3.为什么要节约能源 (1)能源短缺(2)环境恶化(3)能量耗散一 1(1)能量的转化电动机 电能 机械能发电机 机械能 电能一 1(1)能量的转化l焦耳定律Q=I Rtl电能 内能2 电能 光能 、内能一 1(1)能量的转化化学能
3、内能 机械能 水能(动能、重力势能)电能 一 1(1)能量的转化水果电池 化学能 电能机械能 内能一 1 (1)能量的转移刚煮好的鸡蛋放入凉水中 内能:鸡蛋 凉水动能:风 帆船一 1(1)能量的转化 两个相同的铅球在光滑的水平面上相向运动, 碰撞后粘在一块。并静止在地面上 ?动能 内能一 1(2)什么是永动机l蒸汽机消耗煤炭,内燃机消耗汽油或柴油,电动机消耗 电力,有没有一种机器,它不消耗任何燃料或动力,却 可以不停地运转,源源不断的对外做功呢?这种机器被 称为永动机。l 据说很久很久以前,在印度有一个被地主压迫的可怜人, 他每天被迫干好多活,终于有一天, 这个可怜的年轻人厌倦了 这种生活,他
4、就想 :有没有一种机器可以代替我干活呢? 它 只干活不休息,也不需要什么能量 ,要是有的话就太好了据说这个就是最早的关于永动机的想法 。这个思想的火 花在1200年前从印度出发, 传到了伊斯兰教世界, 并传到了 西方。大约在1570年,意大利有一位教授叫泰斯尼尔斯,提出 用磁石的吸力可以实现永动机 。他的设计如图所示,A是一个 磁石,铁球C受磁石吸引可沿斜 面滚上去,滚到上端的E处,从 小洞B落下,经曲面BFC返回,复又被磁石吸引,铁球就可以 沿螺旋途径连续运动下去。一 1(2)永动机的梦想一 1(2)永动机的梦想上世纪20年代德国的一张明信片,拿爱因斯坦开玩笑,想想看这个永动机为什么不行?
5、一 1(2)永动机梦想的破灭此外,人们还提出过利用轮子的惯性、细 管子的毛细作用、 电磁力、流水等获得有效动 力的种种永动机设计方案,但都无一例外地失 败了层出不穷的永动机设计方案,都在科学的 严格审查和实践的无情检验下一一失败了。 1775年,法国科学院宣布“本科学院以后不再审 查有关永动机的一切设计”。一 1(2)永动机的启示制造永动机的美好梦想虽然破灭 了,但是,反思这一失败的探索过程 ,它从反面给人类以启迪:永动机不 可能制成,是不是说明自然界存在着 一条法则,它使我们不可能无中生有 地获得能量?也就是说自然界各种能 量之间存在着一定的转化关系。迈尔在1814年11月25日生于德 国。
6、他的父亲是位药剂师。少年时代 的迈尔,经常跟着父亲去看制作各种 药品的试验。1838年,迈尔在蒂宾根 大学获得学位。25岁的迈尔正式在汉 堡开业行医。 一 2. 能量守恒定律的建立过程 迈尔1840到1841年初,迈尔在一艘海 轮上当了几个月的随船医生。这段旅程 成为了他在物理学上作出成就、从医学 的途径得出能量守恒的结论的起点。迈尔(18141878)1840年2月22日,迈尔跟着船队来到印度尼西亚,当时很多船员患了肺炎,在医治中迈尔发现他们的静脉血不像生活在 温带国家中的人的静脉血那样颜色暗淡,而是像动脉血那样新 鲜。这一现象引起了迈尔的深思。迈尔认为人的血液之所以是 红的是因为里面含有氧
7、,而食物中含有化学能,被氧化时像机 械能一样可以转化为热,维持人的体温。在热带高温情况下, 人要维持体温,机体只需要吸收较少的热量,所以机体中食物 的燃烧过程减弱了,因此静脉血中留下了较多的氧。迈尔认为 , 热能、化学能、机械能都是等价的,而且是可以相互转化的 。1842年迈尔从“无不生有,有不变无”和“原因等于结果”的观 念出发,表述了物理、化学过程中各种力(能)的转化和守恒的思想。迈尔是历史上第一个提出能量守恒定律的人。一 2. 能量守恒定律的建立过程 焦耳英国物理学家。1818年12月 24日生于索尔福。他父亲是酿酒厂的厂主。焦耳从小体弱不能上 学,在家跟父亲学酿酒,并利用 空闲时间自学
8、化学、物理。他很 喜欢电学和磁学,对实验特别感 兴趣。后来成为英国曼彻斯特的 一位酿酒师和业余科学家。焦耳(18181889 )l 1840年,他发现将 通电的金属丝放入水中, 水会发热,通过精密的测试,焦耳发现了电热之 间的关系焦耳定律。 焦耳从18401878年近40年的时间里,研究了电流的热效应,研究了空气压缩时温度的升高,以及化学,机械作用之 间的联系,他做了400多次实验,为能量守恒定律的确立奠定了坚实的实验基础。亥姆霍兹(18211894),德国 物理学家和生理学家。1821年10月31日生于柏林波茨坦的一个中学教师家庭 。中学毕业后在军队服役8年,取得公费进入在柏林的皇家医学科学
9、院,并柏 林大学旁听。1842年获医学博士学位后,被任命为波茨坦驻军军医。1847年他在新成立的德国物理学会发表了著名的“关于 能量的守恒”的讲演,第一次用数学方式系统地阐述了能量守恒原理 。一 2. 能量守恒定律的建立过程 亥姆霍兹一 3 能量守恒定律的内容l能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,它只 能从一种形式转化为别的形式,或者从一个物 体转移到别的物体,在转化或转移的过程中其 总量不变 。l某种形式的能减少,一定有其他形式的能量增 加,且减少量和增加量一定相等某个物体的 能量减少,一定存在其他物体的能量增加,且 减少量和增加量一定相等。一 4 能量守恒定律的意义l能量守恒定律同生物进化
10、论、细胞的发现被恩 格斯誉为19世纪的三个最伟大的科学发现。l能量守恒定律是在无数实验事实的基础上建立 起来的,是自然科学的普遍规律之一。l自然界一切已经实现的过程都遵守能量守恒定 律。凡是违反能量守恒定律的过程都是不可能 实现的,例如“永动机”只能以失败而告终。l机械能守恒定律只是能量守恒定律的特例。l在夏季的时候,假如打开冰箱门来使房间温度 降低,是否可行?为什么?l不可行。冰箱工作时要消耗电能,而这些电能 最终转化为房间的内能,所以房间的温度不降 反升。能源的分类l能源:凡是能够提供可利用能量的物质统称为能源l能源可分为常规能源和新能源两类l常规能源:煤、石油和天然气等新能源太阳能新能源
11、风能 新疆达坂 风力发电 厂新能源水能 三峡水电站新能源核能 深圳大亚湾核电站 新能源西藏羊八井地热电站 温泉地热能二 2 人类对能源的利用经过了三个时期柴薪时期出现年代:五 六十万年前火的使用是人 类在能源利用 上的第一个里 程碑,它使人 类脱离了茹毛 饮血的时代。二 2 人类对能源的利用经过了三个时期煤炭时期出现年代: 2000年前蒸汽机的广泛 使用,带动了 工业革命和资 本主义社会的 成长。二 2 人类对能源的利用经过了三个时期石油时期 出现年代:19世纪80年代内燃机的发展推动了19世纪末,20世纪初开始的机 械化和电气化进程。二 3(1)能源短缺l2004年世界能源统计年鉴的最新数据
12、显示,世 界石油总储量为1.15万亿桶,仅供开采41年; 全球天然气储量为176万亿立方米,仅供开采63 年。日本权威能源研究机构也申明,全球煤炭 埋藏量10316亿吨,可开采231年。 二 3(2)环境恶化温室效应使全球气候变暖1999年北极拍摄两极冰山融化 二 3(2)环境恶化汽车的尾气二 3(2)环境恶化化石燃料 (煤和燃油) 的燃烧空中死神酸雨 二 3(2)环境恶化大气污染燃料的化学能一部 分转化为食物的内 能,最终都转化为 周围环境的内能。二 3(3)能量耗散能量耗散表明,在能源的利用过程中 ,即在能量的转化过程中,能量在数量上 并未减少,但在可利用的品质上却降低了 ,从便于利用变成不便于利用的了,这是 能源危机更深层次的含义,也是“自然界 的能量虽然守恒,但还是要节约能源”的 根本原因。