第二十二章___能源与可持续发展.ppt

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1、第节第节 能能 源源 第二十二章第二十二章 能源与可持续发展能源与可持续发展2012年年7月月4日，三峡水电站日，三峡水电站32台机组全部投入工作。自台机组全部投入工作。自2003年三峡工程正式开始发电，到年三峡工程正式开始发电，到2012年年7月之间，三峡电站月之间，三峡电站发电量累计达到发电量累计达到5 648亿千瓦时，相当于从滚滚长江中捞起了亿千瓦时，相当于从滚滚长江中捞起了近近2亿吨标准煤，减排二氧化碳亿吨标准煤，减排二氧化碳4亿吨、二氧化硫亿吨、二氧化硫500多万吨。多万吨。三峡水电站是如何发电的呢？三峡水电站是如何发电的呢？电能只是人类生活、生产活动中广为使用的能电能只是人类生活、

2、生产活动中广为使用的能量的一种。人类的生活、生产活动，无法离开能量量的一种。人类的生活、生产活动，无法离开能量的使用。的使用。提高上游水位增提高上游水位增加水的势能加水的势能高水位的水快速高水位的水快速向下流推动水轮向下流推动水轮机转动机转动发电机在水轮机发电机在水轮机的带动下旋转发的带动下旋转发电电三峡水电站的发电原理三峡水电站的发电原理金属的冶炼、机器的运转、汽车和火金属的冶炼、机器的运转、汽车和火车等交通工具的行驶需要能量，生活中车等交通工具的行驶需要能量，生活中烧饭、取暖、照明等也需要能量。烧饭、取暖、照明等也需要能量。一、能源概念一、能源概念能够提供各种形式的能量来源就叫能够提供各种

3、形式的能量来源就叫能源能源。地球上的能源是否是无尽的呢？地球上的能源是否是无尽的呢？我们的生活中都用到哪些能源呢？我们的生活中都用到哪些能源呢？钻木取火这项技术的出现，钻木取火这项技术的出现，使人类实现了从利用自然火到利使人类实现了从利用自然火到利用人工火的转变。开启了人类以用人工火的转变。开启了人类以柴薪为主要能源的时代。柴薪为主要能源的时代。柴薪主要通过砍伐森林获得，柴薪主要通过砍伐森林获得，大面积的砍伐森林严重破坏地球大面积的砍伐森林严重破坏地球的生态平衡。同时由于燃烧柴薪的生态平衡。同时由于燃烧柴薪获取能量的效率较低，人类仍需获取能量的效率较低，人类仍需要开发其他的能源。要开发其他的能

4、源。二、人类利用能源的历程二、人类利用能源的历程蒸汽机的发明令人类成功地蒸汽机的发明令人类成功地将燃烧获取的内能转化为机械能。将燃烧获取的内能转化为机械能。实现了以机械动力大规模代替人实现了以机械动力大规模代替人力和畜力的新时代，人类的主要力和畜力的新时代，人类的主要能源从柴薪转向热值更高的煤。能源从柴薪转向热值更高的煤。煤、石油、天然气是煤、石油、天然气是千百万年前埋在地下的动、千百万年前埋在地下的动、植物经过漫长的地质年代植物经过漫长的地质年代形成的，称为形成的，称为化石能源化石能源。能直接从自然界获取的能源称为能直接从自然界获取的能源称为一次能源一次能源煤煤石油石油风能风能地热能地热能水

5、能水能三、能源的类型三、能源的类型1.1.从能源的来源来分：从能源的来源来分：由一次能源经过加工得到的能源由一次能源经过加工得到的能源称为称为二次能源二次能源汽油、柴油汽油、柴油风力发电风力发电水力发电水力发电太阳能发电太阳能发电地热发电地热发电电能的利用电能的利用 不可再生能源：不可再生能源：不可能在短期内从不可能在短期内从自然界得到补充。自然界得到补充。 可再生能源：可再生能源：可以在自然界里源源可以在自然界里源源不断地得到。不断地得到。如：如：化石能源、核能。化石能源、核能。如：如：水能、风能、太阳能、生物能。水能、风能、太阳能、生物能。2.2.能源是否可以再生来分能源是否可以再生来分一

6、次能源一次能源二次能源二次能源天然气天然气化石能源化石能源煤煤石油石油核能核能电能电能汽油风能风能太阳能太阳能水能水能地热能地热能柴油柴油能源分类能源分类如果把全世界的能源消耗量折合成热值为如果把全世界的能源消耗量折合成热值为2.93107 J/kg的标准煤来计算，的标准煤来计算，1950年为年为26 亿吨，亿吨，1987年为年为110 多亿吨，多亿吨，2003年接近年接近140 亿吨，亿吨，2007年年达到达到160 亿吨。亿吨。四、四、21世纪的能源趋势世纪的能源趋势化石能源化石能源是现代人类文明所需的主要能源。由是现代人类文明所需的主要能源。由于其属于不可再生的资源，所以总有使用殆尽的一

7、于其属于不可再生的资源，所以总有使用殆尽的一天。天。而且在开采化石能而且在开采化石能源的过程中因意外而对源的过程中因意外而对环境的破坏也十分严重。环境的破坏也十分严重。所以开发新能源、更好所以开发新能源、更好地利用已知能源是全球地利用已知能源是全球范围的重要课题。范围的重要课题。20世纪世纪40年代，科学家发明了可以控制核能释年代，科学家发明了可以控制核能释放的装置放的装置核反应堆，拉开了以核反应堆，拉开了以核能核能为代表的为代表的新新能源能源利用的序幕。利用的序幕。核反应堆外围包裹核反应堆外围包裹着厚厚的混凝土罩着厚厚的混凝土罩以吸收辐射以吸收辐射水在核反应堆中心循环流水在核反应堆中心循环流

8、动，吸收在核反应中产生动，吸收在核反应中产生的热量，并将这部分内能的热量，并将这部分内能传递给蒸汽发生器内的水传递给蒸汽发生器内的水吸收了热量的水汽吸收了热量的水汽化变成蒸汽化变成蒸汽蒸汽推动发电机运转，蒸汽推动发电机运转，将的机械能转化为电能将的机械能转化为电能核能发电的原理核能发电的原理不造成空气污染不造成空气污染不排放不排放CO2消耗核能源少消耗核能源少发电成本低发电成本低产生放射性废料产生放射性废料排热量大排热量大建厂成本大建厂成本大核泄漏污染大核泄漏污染大核能发电的利弊核能发电的利弊1人们的生产和生活中利用能源提供能人们的生产和生活中利用能源提供能量。量。2人类历史上利用的能源逐步从

9、太阳、柴人类历史上利用的能源逐步从太阳、柴薪等转变成煤、石油、天然气等化石能源。薪等转变成煤、石油、天然气等化石能源。课堂小结课堂小结第节第节 核核 能能 1原子结构原子结构H2O分分子子以水分子为例：它由一个氧原子和两个以水分子为例：它由一个氧原子和两个氢原子组成。氢原子组成。一、核能一、核能H原子由原子核和核外电子组成。原子由原子核和核外电子组成。（1）氢原子由原子核和一个核外电子组成。）氢原子由原子核和一个核外电子组成。原子核有一个质子，质子带正电荷，核外电子原子核有一个质子，质子带正电荷，核外电子带负电荷。二者电荷量相同。带负电荷。二者电荷量相同。O（2） 氧原子由原子核和八个核外电子

10、组成。氧原子由原子核和八个核外电子组成。原子核有八个质子和八个中子，由于中子不带原子核有八个质子和八个中子，由于中子不带电，所以正负电荷量仍然相同。电，所以正负电荷量仍然相同。质量较大的原子核发生分裂或者质质量较大的原子核发生分裂或者质量较小的原子核相互结合时，就有可能量较小的原子核相互结合时，就有可能释放出惊人的能量，这就是释放出惊人的能量，这就是核能核能。2核能核能质子和中子依靠强大的核力紧密地结合在质子和中子依靠强大的核力紧密地结合在一起。要使它们分裂或结合都是极其困难的。一起。要使它们分裂或结合都是极其困难的。 1938年，科学家用中子轰击质量比较大的铀年，科学家用中子轰击质量比较大的

11、铀235原子核，使其发生了裂变。原子核，使其发生了裂变。 1 kg铀全部裂变，释放的能量超过铀全部裂变，释放的能量超过2 000 t煤煤完全燃烧时释放的能量。完全燃烧时释放的能量。用中子轰击铀核，铀核才能发生裂变，放出用中子轰击铀核，铀核才能发生裂变，放出能量。能量。外界中子停止轰击，裂变也就停止了。怎样外界中子停止轰击，裂变也就停止了。怎样才能让裂变继续下去呢？才能让裂变继续下去呢？1发生裂变的条件发生裂变的条件二、裂变二、裂变那么，地球上的能源是否是无尽的呢？将火柴搭成左下图所示结构，点燃第一根火柴将火柴搭成左下图所示结构，点燃第一根火柴后，会发生什么？后，会发生什么？2链式反应链式反应用

12、中子轰击铀用中子轰击铀235原子核，铀核在分裂时，会释原子核，铀核在分裂时，会释放出核能，同时还会产生几个新的中子，这些中子会放出核能，同时还会产生几个新的中子，这些中子会继续轰击其他铀核。于是就导致一系列铀核持续裂变，继续轰击其他铀核。于是就导致一系列铀核持续裂变，并释放出大量核能，这就是裂变中的链式反应。并释放出大量核能，这就是裂变中的链式反应。想想议议想想议议核电站的核心设核电站的核心设备是核反应堆。核反备是核反应堆。核反应堆是原子核发生链应堆是原子核发生链式反应的场所。式反应的场所。1942年，人类利年，人类利用核反应堆第一次实用核反应堆第一次实现了可控制的铀核裂现了可控制的铀核裂变。

13、变。目前，全世界已经建成了几百座核电站，核电目前，全世界已经建成了几百座核电站，核电发电量接近全球发电量的发电量接近全球发电量的1/5。3核电站利用核能发电核电站利用核能发电链式反应如果不链式反应如果不加以控制，大量原子加以控制，大量原子核就在一瞬间发生裂核就在一瞬间发生裂变。释放出极大的能变。释放出极大的能量。量。在人类实现可控核在人类实现可控核裂变大约三年后，即裂变大约三年后，即1945年，利用不加控制年，利用不加控制的核裂变制造的毁灭性的核裂变制造的毁灭性武器武器原子弹爆炸了。原子弹爆炸了。原子弹爆炸时产生的蘑菇云原子弹爆炸时产生的蘑菇云将质量较小的原子核结合起将质量较小的原子核结合起来

14、，也会释放出巨大的核能。来，也会释放出巨大的核能。氘氘氚氚氦核氦核中子中子氘核与氚核在超高温下结合形成氦核和一个中氘核与氚核在超高温下结合形成氦核和一个中子，能释放大量核能。这一过程就是聚变。子，能释放大量核能。这一过程就是聚变。三、聚变三、聚变能量能量聚变聚变珠海拱北中学 赵兴华 在太阳内部，氢核在极高温度下聚变成氦在太阳内部，氢核在极高温度下聚变成氦核，。不过这种聚变过程，不是一次反应就核，。不过这种聚变过程，不是一次反应就能完成的，要经过几次反应才能聚合成一个能完成的，要经过几次反应才能聚合成一个氦核。太阳正是靠这种反应以惊人的巨大功氦核。太阳正是靠这种反应以惊人的巨大功率，向宇宙空间辐射能量的。率，向宇宙空间辐射能量的。氢弹爆炸产生的蘑菇云氢弹爆炸产生的蘑菇云氘核和氚核都属氘核和氚核都属于氢核的一种。大量于氢核的一种。大量氢核的聚变，可以在氢核的聚变，可以在瞬间释放惊人的能量。瞬间释放惊人的能量。氢弹利用的就是聚变氢弹利用的就是聚变瞬间释放的能量。瞬间释放的能量。可控聚变尚未实可控聚变尚未实现，海水中蕴藏着丰现，海水中蕴藏着丰富的氘核，科学家预富的氘核，科学家预言，通过可控聚变来言，通过可控聚变来利用核能，将有望彻利用核能，将有望彻底解决人类能源问题。底解决人类能源问题。核能核能裂变裂变聚变聚变原子弹原子弹核反应堆核反应堆氢弹氢弹小结小结