能量转换和储存
物理学中的能量转换与储存技术
物理学中的能量转换与储存技术能量转换与储存技术是当今物理学领域的热点方向之一。
能量转换是指将一种能量形式转换为另一种能量形式的过程。
而能量储存则是将能量储存下来，以备将来需要时使用。
在科技不断发展的今天，能源供给已成为一个举足轻重的问题。
传统能源的短缺和环境问题，以及气候变化等全球性问题的不断加剧，促使我们在能源转化和储存方面进行更加深入的研究。
一、能量转换技术1.1 光电转换光电转换是指将光能转换为电能的技术。
当前，光电转换技术已经广泛应用于太阳能电池、太阳能热发电、光催化等领域。
尤其是太阳能电池，已经成为了当前最为主流的绿色能源之一。
在太阳能电池方面，随着新型材料和器件的不断涌现，太阳能电池的效率和稳定性得到了极大提高。
例如，钙钛矿太阳能电池具有高的光电转换效率、易制备、低成本等优势，成为当前的研究热点之一。
另外，在光催化方面，利用光能催化分解水来制备氢气已成为研究热点之一。
这不仅能高效利用可再生能源，同时还可以解决氢气产生过程中的环境问题。
1.2 热电转换热电转换是指将热能转换为电能的技术。
热电材料是实现热电转换的关键因素。
目前，热电材料的研究重点主要是利用稀有元素的化合物和复合材料来提高材料的性能。
热电转换技术具有广泛的应用前景，例如在汽车尾气净化，火力发电，可再生能源利用等领域均有广泛应用。
1.3 机械电能转换机械电能转换是指将机械能转化为电能的过程。
悬挂式风力发电机是一种常见的机械电能转换设备。
在风能利用方面，悬挂式风力发电机具有体积小、重量轻、效率高等优点。
除此之外，机械电能转换还有其他的应用，例如车轮发电、水轮发电等等。
二、能量储存技术2.1 化学储能化学储能技术是指利用化学反应来储存能量的技术。
目前，锂离子电池和钠离子电池已成为主流化学储能技术。
锂离子电池具有体积小，容量大，储存能量密度高，使用寿命长等优点，已经广泛应用于移动电源、电动汽车、智能家居等领域。
钠离子电池是目前被广泛研究的一种替代锂离子电池的储能技术。
生命历程中的能量转换和转移
生命历程中的能量转换和转移在生命的历程中，能量的转换和转移是一个不断进行的过程。
能量对于生命的维持和发展具有至关重要的意义，是生命的一种本质属性。
由于生命过程是一个巨大而复杂的系统，因此能量的转换和转移也存在着不同的方式和形式。
一、能量的来源和转换生命过程中的能量主要来源于食物。
食物中的有机物质经过消化、吸收和代谢后，被转化成为能够被细胞利用的能量，形成了细胞的内能。
比如，葡萄糖通过细胞呼吸途径被氧化，释放出大量的能量，以三磷酸腺苷（ATP）的形式存在于细胞内，为细胞提供持续不断的能量供给，以维持正常的代谢功能。
在人体内，碳水化合物、脂肪和蛋白质是主要的能量来源。
碳水化合物主要是由糖类组成，糖类是体内最重要的能源和组织结构单元。
脂肪是生命过程中最高效的储能物质，它含有丰富的化学键，可提供大量的能量，是人体贮存能量最主要的途径。
蛋白质不仅是组成细胞结构的重要物质，也是能够被氧化分解产生能量的物质。
不同的营养成分在体内通过代谢途径进一步转化为能量，供给不同的生命过程，如生长、细胞分裂、运动和免疫等。
二、能量的转移和分配人体的内能不会存在大量的积累，需要时刻地供给细胞和组织结构，以维持身体正常的功能。
能量的转移和分配是由心血管系统和呼吸系统进行调节的。
心血管系统负责将血液从心脏输送到全身各处，供给组织和器官，呼吸系统则是将氧气从空气中吸入体内，送达不同的细胞，供给呼吸作用之需。
能量的转移和分配应当是一个有序和平衡的过程。
过多的能量转移会使身体负荷过大，导致过度肥胖、糖尿病等疾病的发生。
同时，能量分配的不均衡也可能导致身体的某些器官获得不足的供应，造成功能减退或疾病的发作。
因此，我们应该通过科学的饮食和运动方式，确保身体得到合适的营养和能量供应，保持身体的健康状态。
三、能量的转换与机体保护人体内部的自我调节机制能够确保能量的合理转换和分配。
为了避免过多的内能积累影响细胞和器官的正常运转，机体会将多余的能量转化为储存能量或热能。
细胞的能量转换
细胞的能量转换细胞是生物体的基本单位，通过细胞内各种代谢反应来维持生命活动。
其中，能量的转换是细胞生命活动的基础。
本文将从细胞内能量储存、能量转换的方式以及相关代谢过程等方面来探讨细胞的能量转换。
一、细胞内能量储存细胞内的能量主要以ATP（腺苷三磷酸）的形式储存。
ATP是一种高能化合物，它由腺嘌呤、核糖和三个磷酸基团组成。
而ATP的磷酸键具有高能，通过磷酸键的断裂，可以释放出储存的能量，为细胞进行各种生命活动提供动力。
细胞内ATP的合成是经过一系列复杂的能量转换来完成的。
最主要的合成途径是细胞呼吸作用。
在有氧条件下，细胞通过氧化葡萄糖产生大量的ATP。
而在无氧条件下，细胞则通过乳酸发酵产生少量的ATP。
此外，细胞还通过光合作用合成ATP，但这一过程主要发生在植物细胞中。
二、能量转换的方式细胞内能量转换的方式多种多样，常见的有细胞呼吸作用和光合作用。
1. 细胞呼吸作用细胞呼吸作用是生物体将有机物质分解为CO2和H2O的过程，同时产生能量。
它分为三个主要阶段：糖酵解、Krebs循环和氧化磷酸化。
首先，糖酵解将葡萄糖分解为两个分子的丙酮酸，同时产生少量的ATP和NADH。
之后，丙酮酸进入Krebs循环，在多次反应过程中，产生大量的NADH和FADH2，并生成CO2。
最后，NADH和FADH2通过氧化磷酸化的过程，将其储存的电子传递给电子传递链，最终产生较大量的ATP。
2. 光合作用光合作用是植物细胞或某些细菌利用光能将二氧化碳和水转化为有机物质的过程，同时释放出氧气。
光合作用可以分为两个主要阶段：光反应和暗反应。
在光反应阶段，光能被光合色素吸收，并转化为化学能。
通过光合色素分子间的电子传递，产生能量丰富的ATP和NADPH，并释放出氧气。
而在暗反应阶段，通过ATP和NADPH的提供，植物细胞将CO2转化为有机物质，并再生ADP和NADP+。
三、相关代谢过程除了细胞呼吸作用和光合作用，细胞内还存在其他相关代谢过程，进一步实现能量的转换。
能量的转换与储存方式
能量的转换与储存方式随着人类社会的发展，能源的需求越来越大，同时环境保护问题也越来越受到人们的关注。
如何高效地转换和储存能量成为了当下研究的热点。
本文将讲述能量的转换和储存方式。
一、能量的转换能量的转换，即是将一种形式的能量转换为另一种形式的能量。
在生产和生活中，我们经常需要进行能量的转换，如化学能转换为热能、电能转换为机械能等。
以下几种能量的转换方式值得关注：1.光能转化日光是一种广泛存在且不会耗尽的资源，而太阳光可以被转换为电能或热能。
太阳能电池片是将光能直接转化为电能的一种常见方式。
而太阳能热发电则是利用太阳辐射产生热能使水蒸气推动涡轮发电的方式。
这些技术的应用有望实现清洁能源的长期稳定供应。
2.化学能转化化学能是指物质因化学反应而释放的能量，如燃料的燃烧。
将化学能转换为其他形式的能量也是我们经常需要进行的操作。
例如热能锅炉燃烧燃料生成热能，然后将这些热能用于驱动发电机生成电能。
另一种方式是利用电化学反应将化学能转换为电能，如蓄电池和燃料电池等。
3.机械能转化在行业生产和日常生活中，机械辅助设备的广泛应用促进了机械能的转换。
例如汽车引擎将燃油的化学能转换为机械能，同时驱动车轮的旋转，从而达到运动的目的。
车轮的转动则将机械能转化为动能。
二、能量的储存在能量转换的基础上，储存能量也是十分关键的。
储存能量有助于缓解能源供应短缺和需求不稳定性的问题。
以下列出常见的能量储存方式：1.电池储存电池储存是将化学能转化为电能并储存在电池之中。
现代电池具有高能量密度和长时间使用寿命等特点，在高速、高质量、节能的当前生产方式下，广泛应用于各行各业中。
2.超级电容储存超级电容储存是利用电场和电荷之间的相互作用储存能量，也是一种较为常见的储存方式。
超级电容器具有高速、高效、长周期等优势，通常用于电力质量改善和短时应急供电。
3.物理储存物理储存包括压缩空气储能和储热装置，如储热罐和蓄热板等。
压缩空气储能利用空气压缩并储存，释放时再通过逆向过程将能量释放出来。
【电化学】第五章 电化学能量转换和储存
2Na+5S=Na2S5
(初期)
2Na+4Na2S5=5Na2S4 (中、后期)
2Na+Na2S4=2Na2S2 (后期，Na2S5耗尽后)
二、固体电解质电池
与溶液型电解质电池相比，其特点是贮存寿命长，使用 温度范围广，耐振动及冲击，没有泄漏电解液或产生气体 等问题，能制成薄膜，做成各种形状和微型化。但是固体 电解质的电导率低于液态电解质溶液，常温时电他的比功 率和比能量较低，容易出现极化，不易适应工作时体积变 化
第三节 蓄 电 池
一、铅酸蓄电池
1、 铅酸蓄电池分类、结构和工作原理
铅酸蓄电池分类
启动用蓄电池
固定型蓄电池
牵引用蓄电池
摩托车用蓄电池
按用途分
船舶用蓄电池
航空用蓄电池
坦克用蓄电池
铁路客车用蓄电池
航标用蓄电他
矿灯用蓄电池等
三.锌汞电池和锌银电池
1.锌汞电池
Zn(含少量Hg)｜30-40%KOH(ZnO饱和)｜HgO，Hg 负极反应 Zn+4OH- = Zn(OH)42-+ 2e
（6）自放电
第三节 蓄 电 池
3、密封式铅酸电池 使电池达到气密有三个途径：
（1）气相催化法 （2）辅助电极式 （3）阴极吸收式
二、镉镍蓄电池 碱性蓄电池是使用KOH或NaOH电解液的二次电池的
总称。包括镉镍、镉银、锌银、锌镍、氢镍等蓄电池 镉镍电池的优点：①对进行高率放电；②低温特性好；
③循环寿命长；④即使完全放电，性能也不怎么下降； ⑤易于维护；⑥易于密闭化。缺点主要是电压较低
三、电池的命名和型号 自学！！
第二节 用锌作负极的电池
一、锌锰干电池 锌－二氧化锰电池常称锌锰十电池，正极为二氧
储能系统原理
储能系统原理储能系统是指能够将电能或其他形式的能量在一段时间内储存起来，在需要时释放出来供应电力或能量的设备或系统。
储能系统的原理主要包括能量转换、能量储存和能量释放三个过程。
能量转换是储能系统的核心原理之一。
在能量转换过程中，将能源转化成电能或其他形式的能量，以便进行储存和利用。
常见的能量转换方式包括化学能转化为电能、光能转化为电能、机械能转化为电能等。
能量储存是储能系统的关键环节。
储能系统需要将转换后的电能或其他形式的能量储存起来，以备不时之需。
常见的能量储存方式包括电池储能、超级电容器储能、压缩空气储能、重力储能等。
每种储能方式都有其特点和适用范围，选择合适的储能方式可以提高能量的储存效率和可靠性。
能量释放是储能系统的最终目的。
储能系统在需要时将储存的能量释放出来，供应电力或能量。
能量释放方式多种多样，可以通过直接连接电网输出电能，也可以通过逆变器将储存的直流电能转换为交流电能供应给负载设备。
此外，还可以通过燃烧储存的燃料释放能量，或者利用重力势能释放能量等。
储能系统的原理不仅涉及能量转换、储存和释放，还包括能量管理和控制。
能量管理是指对储能系统中能量的管理和调度，以保证系统的安全稳定运行。
能量控制是指对储能系统中能量转换、储存和释放过程进行控制，以实现能量的高效利用。
储能系统的应用范围广泛，涵盖了电力系统、交通运输、工业制造、建筑领域等各个领域。
在电力系统中，储能系统可以平衡电力供需，提高电力系统的稳定性和可靠性。
在交通运输领域，储能系统可以提供电动汽车、混合动力汽车等新型交通工具的动力。
在工业制造中，储能系统可以为生产设备提供备用电源，降低能耗。
在建筑领域，储能系统可以储存太阳能和风能等可再生能源，实现能源的自给自足。
随着清洁能源的快速发展和能源需求的增长，储能系统将扮演越来越重要的角色。
储能系统的原理逐渐成熟，技术不断创新，储能效率不断提升。
未来，储能系统将成为能源转型和可持续发展的重要支撑，为人们的生活和工作带来更多便利和可能性。
能源科学导论第二章能量的转换与储存
❖ 热力学第一定律揭示在能量转换和传递过程 中能量在数量上必定守恒。
❖ 热力学第二定律指出在能量转换和传递过程 中，能量在品质上必定贬值。
❖ 是两条互相独立的基本定律，一切实际过程 必须同时遵循这两条基本定律。
❖ 提高能量的有效利用，其实质就是在于防止 和减少能量贬值发生。
3 能量转换的效率
❖ 根据能量贬值原理，不是每一种能量都可以连续 地、完全地转换为任何一种其他形式的能量。
常用的气体燃 烧器有扩散式 燃烧器；另一 种是预混式燃 烧器；此外还 有一种部分预 混式燃烧器，
简单的扩散式燃烧器
煤的燃烧室 层燃 燃（ （粉 层状 状燃 燃烧 烧） ） 燃烧方式油的燃烧内 外燃 燃
气体燃料的燃烧燃 容烧 器器 内燃 燃烧 烧
第三节 热能转换为机械能或电能
概述
❖ 将热能转换为机械能是目前获得机械能 的最主要的方式。
说明了能量“量”的多少，和能量之间的关 系
❖ 热力学第一定律：能量守恒 ❖ 系统的内能=系统吸收的热量+对系统做功
第一类永动机
❖ 永动机是一类想象中的不需外界输入能源、 能量或在仅有一个热源的条件下便能够不断 运动并且对外做功的机械。
❖ 某物质循环一周回复到初始状态，不吸热而 向外放热或作功，这叫“第一类永动机”。 这种机器不消耗任何能量,却可以源源不断的 对外做功。
能量=火用+火无
❖ 火用：有用能或有效能，指在给定环境条件下， 可以连续地完全转化为任何一种其他形式的能量。
❖ 火无：无用能或无效能，指不可转换的 能量。
各种不同形式的能量，按其转换能力可分为三 大类：
（1）无限转换能（全部转换能），如电能、 机械能、水能、风能、燃料储存的化学能等；
生物能量储存形式及其转换过程
生物能量储存形式及其转换过程生命活动需要大量的能量来维持，而这些能量主要来自于食物。
生物体需要将食物中的化学能转化为生物能，再将其储存下来。
不同生物体的能量储存形式和转换过程也有所不同。
1.生物能的储存形式生物能的主要储存形式有三种：ATP、糖和脂肪。
ATP(腺苷三磷酸)是一种高能化合物，是细胞内主要的能量分子。
当食物中的化学能被转换为生物能时，它也被储存到ATP中。
ATP的储存能力很小，但其释放能量的速度非常快，因此它是人体能量补充的主要方式。
ATP的合成需要能量输入，常见的合成方式有糖原和脂肪酸分解途径。
糖是一种含有较高能量的分子，它是人体主要的燃料之一。
人体储存糖的方式多种多样，其中最主要的是肝内和肌肉内的糖原。
糖原的形式与淀粉类似，但其结构较为复杂，能够更容易地分解为糖分子以供身体使用。
脂肪是一种能量含量非常高的分子，可以提供长时间的稳定能量。
脂肪的主要储存形式有三种：葡萄糖，三酸甘油酯和胆固醇酯。
其中，三酸甘油酯是最重要的存储形式，在脂肪细胞中形成“脂肪滴”，提供动物长时间的能量支持。
2.生物能的转换过程生物能的转换过程有两个基本规则：一是能量可以从一种形式转换为另一种形式，但不可消失；二是越高级的生物体，所需的养分越丰富，产生的废物也越多。
一个完整的生物能转换过程通常包括三个步骤：消化、吸收和新陈代谢。
消化是指细胞将食物中的大分子物质分解成小分子物质的过程。
消化过程中涉及到多种酶的作用，例如唾液酶、胃酸和胰腺酶等。
这些酶将食物中的蛋白质、碳水化合物和脂肪分解成小分子营养物质。
吸收是指小分子营养物质通过肠道黏膜被吸收到血液中的过程。
小肠是吸收营养物质的主要器官，其中对于多种营养物质的吸收具有专门的细胞组织。
例如，葡萄糖通过肠道上皮细胞的胰岛素介导进行吸收；氨基酸通过多种载体进行吸收。
新陈代谢是指营养物质和氧气在细胞内进行反应，最终产生能量和废物的过程。
新陈代谢过程包括两种类型反应：分解代谢和合成代谢。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
化学能转换为热能
燃料燃烧是获取热能的最主要方式。 能在空气中燃烧的物质称为可燃物，但不能 把所有的可燃物都称作燃料（如米和沙糖之 类的食品）。 所谓燃料，就是能在空气中容易燃烧并释放 出大量热能的气体、液体或固体物质，是能 在经济上值得利用其发热量的物质的总称。 燃料通常按形态分为固体燃料、液体燃料和 气体燃料。
固体燃料
液体燃料
气体燃料
化学能转换为热能
燃烧反应是一个氧化反应。 燃料中的可燃元素碳、氢、硫和空气中的氧激剧化 合时发出显著的光和热。 通过燃料燃烧将化学能转换为热能的装臵称为燃烧 设备。其中锅炉就是典型的燃烧设备，它是通过化 石燃料的燃烧将燃料的化学能转换为高温烟气的热 能，并用热能加热水使之变为蒸汽。
化学能 化学能 化学能 热能 热能 热能 机械能 机械能
转换机械或系统
炉子、燃烧器 各种热力发动机 电能 热机、发电机，磁流体 发电，EGD发电（压电 效应） 热力发电，热电子发电 燃料电池
氢和酒精 等二次能 源
化学能 化学能
电能 电能
热能
能量转换过程及转换设备或系统
能源 能源形态转换过程
机械能 机械能
油的燃烧
油的燃烧方法有内燃和外燃两种方式。 所谓内燃，是在发动机气缸内部极为有限的 空间进行高压燃烧，是一种瞬间的燃烧过程。 所谓外燃，就是不在机器内部燃烧，而在燃 烧室内燃烧，并直接利用燃烧发出的热量， 如锅炉、窑炉内进行的燃烧。 油燃烧的全过程包含着传热过程、物质扩散 过程和化学反应过程。
不同燃料的燃烧特点
煤的燃烧 油的燃烧 气体燃料的燃烧
煤的燃烧
煤的燃烧基本上有两种形式：第一种是煤粉悬浮在 空间燃烧，称为室燃或粉状燃烧；第二种就是煤块 在炉排上燃烧，称为层燃或层状燃烧。
煤的燃烧技术
目前煤的燃烧方式主要是煤粉燃烧和流化床燃烧。 我国大型锅炉和工业窑炉大多采用煤粉燃烧。 为了提高煤炭燃烧的效率和减少污染，发展了许多 先进的燃烧技术，如煤粉燃烧稳定技术，包括各种 新型的燃烧器，煤粉低氮氧化物燃烧技术，高浓度 煤粉燃烧技术，流化床燃烧技术等。
概 述
在能源利用中最重要的能量转换过程是将燃料的化 学能通过燃烧转换为热能，热能再通过热机转换成 机械能。 机械能可以直接利用，也可以转换成电能。 将燃料的化学能转变为热能是在燃烧设备中实现的。 主要的燃烧设备有锅炉和各种工业炉窑。
概 述
将热能转换为机械能是目前获得机械能的最主要的 方式。 转换过程通常是在热机中完成。 应用最广的热机是内燃机、蒸汽轮机、燃气轮机等。 内燃机主要为各种车辆、工程机械提供动力。 蒸汽轮机主要用于发电厂中，也可作为大型船舶的 动力，或拖动大型水泵、压缩机、风机。 燃气轮机除了用于发电外，还是飞机的主要动力源， 也可用作船舶的动力。
有关燃烧的知识
燃料燃烧的必要条件 燃烧所需的空气量 燃烧产生的烟气量
燃料燃烧的必要条件
必须要有能燃烧的可燃物（燃料）； 必须要有使可燃物着火的能量（热源），即 使可燃物的温度达到着火温度以上； 必须供给足够的氧气和空气。 为了维持燃烧，还必须保证：
（1）必须把温度水平维持在燃料着火温度以上； （2）必须把适当的空气量以正确的方法供应给燃 料，使燃料能充分地与空气接触； （3）必须及时而妥善地排走燃烧产物； （4）必须提供燃烧所必须的足够空间（燃烧室）
转换机械或系统
水车、风车。水轮机—— 发电机，波力发电、风力 发电、潮汐发电、海流发电 热水器，采暖、制冷、光化 学反应，太阳灶 太阳热发动机 太阳热发电 热力发电，热电子发电 光电池、光化学电池 光化学反应（水分解）光合成
水力、风 机械能 力、潮汐、 机械能 海流、波 浪 光能 光能 光能 光能 光能 光能 电磁波
气体燃料的燃烧技术
气体燃料燃烧的效率主要取决于气体燃料燃 烧器。对气体燃烧器的基本要求是： 不完全燃烧损失小，燃烧效率高； 燃烧速率高，燃烧强烈，燃烧热负荷高； 着火容易，火焰稳定性好，既不回火，又不 脱火； 燃烧产物有害物质少，对大气污染小； 操作方便，调节灵活，寿命长，能充分利用 炉膛空间。
电能
太阳能
热能 热能 机械能 热能 电能 电能 化学能 生物能 电能
电能
能量转换过程及转换设备或系统
能源 能源形态转换过程
核分裂 核分裂 核分裂 核分裂 核聚变 电能 电能 热能 机械能 热能 热能 电能 电磁能 电能 热能 机械能 光（激光） 热能 热能 聚变
转换机械或系统
核能
电能 核发电，磁流体发电 核能炼钢 热力发电，热电子发电 光电池 电能 核聚变发电
油的燃烧技术
油是最常用的液体燃料。 油的燃烧实际上包含了油加热蒸发、油蒸气和助燃 空气的混合以及着火燃烧三个过程。 为了实现油的高效低污染燃烧，应从以下来两方面 着手： （1） 提高燃油的雾化质量； （2） 实现良好的配风 。
气体燃料的燃烧
气体燃料的燃烧可以分为容器内燃烧和燃烧器燃烧， 它们和油的两种燃烧方式相近。 气体燃料的燃烧过程包括三个阶段，即混合、着火 和正常燃烧。
能量转换和储存
第一节 主要的能量转换过程
概述 化学能转换为热能 热能转换为机械能 机械能转换为电能
能量的转换
能量转换是能量最重要的属性，也是能量利用中 的最重要的环节。 通常所说的能量转换是指能量形态上的转换。 能量转换包括：能量在空间上的转移，即能量的 传输；能量在时间上的转移，即能量的储存。 能量转换过程必须遵守能量转换和守恒定律，即： 输入能量-输出能量=储存能量的变化
化学能转换为热能
天然的固体燃料有煤炭和木材；人工的固体 燃料有焦炭、型煤、木炭等。其中煤炭应用 最为普遍，是我国最基本的能源。 天然的液体燃料有石油（原油）；人工的液 体燃料有汽油、煤油、柴油、重油等。 天然的气体燃料有天然气，人工的气体燃料 则有焦炉煤气、高炉煤气、水煤气和液化石日常生活中用得最多、最普遍的能量 形式是热能、机械能和电能。 它们可以由其它形态的能量转换而来，它们之间也 可以互相转换。 任何能量转换过程都需要一定的转换条件，并在一 定的设备或系统中完成。
能量转换过程及转换设备或系统
能源
石油、煤 炭、天然 气等矿物 燃料
能源形态转换过程