第一章(能量与能源)
能源资源科学概论第一章 概论
英国：在煤的开采和利用技术上的领先地位， 使它一跃而成为世界工业强国。
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一、能源的变迁
3. 石油——黑色金子
19世纪初，石油开始在陆上交通工具的燃料中占有 主要地位。
要根源。
1 .温室效应
能源对环境的污染：
2 .酸雨 3 .臭氧空洞
4 .热污染
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5 .放射性污染
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三、能源与环境
产生机理
（1）温室效应
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受不了啦！
（1）温室效应
引发因素
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构成客观世界的三大基础：物质、能量和信息。
科学史观： 物质构成世界，没有物质，世界便虚无缥缈；
能量是物质的属性，是一切物质运动的动力，没 有能量，物质就静止呆滞；
信息是客观事物和主观认识相结合的产物，没有 信息，物质和能量既无从认识，也毫无用处。
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第一节 能量与能源 一、能量
宇宙间一切运动着的物体都有能量的存在和转化。 人类一切活动都与能量及其使用紧密相关。
（4）水资源形势严峻
除了 蒸馏水，它 们还有洁净 的栖身之所 吗？
——请关 注
水环境污染！
（5）水土流失严 重
因沙漠化被埋没的村庄
（6）生物多样性遭到严重破坏
三、能源与环境
3.能源对环境的影响及对策
能源在其开采、输送、加工、转换、利用和消费过
程中，对生态系统产生各种影响，成为环境污染的主
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五年级科学能量与能源优秀教案范本
五年级科学能量与能源优秀教案范本一、课程概述本节课将重点讲解能量与能源的概念及其在日常生活中的应用，旨在培养学生对能量和能源的认识和理解能力。
通过生动有趣的教学活动和实际案例分析，激发学生的学习兴趣，提高他们的问题解决能力和创新思维。
二、教学目标1. 理解能量与能源的概念及其区别；2. 了解不同种类的能源资源，并分析其利与弊；3. 能够列举出日常生活中的能源使用情况，并提出节约能源的方法；4. 培养学生的合作与交流能力，通过小组讨论和展示，促进知识的探索和分享。
三、教学方法与过程1. 导入（5分钟）引导学生观察并讨论日常生活中使用到的能源，例如电能、热能、光能等。
通过展示实物和图片，激发学生思考和提出问题。
2. 概念讲解（10分钟）通过简单明了的语言解释能量与能源的概念和区别。
引导学生思考，能量可以转化为不同形式的能源，而能源是能够提供能量的物质或者自然现象。
3. 能源资源分析（20分钟）介绍不同种类的能源资源，包括化石能源（煤炭、石油、天然气）、可再生能源（太阳能、风能、水能）等。
利用图片和实际案例，分析各种能源的利与弊，让学生理解不同能源对环境和人类社会的影响。
4. 能源使用与节约（25分钟）让学生列举出日常生活中常见的能源使用情况，例如用电、开车等。
引导学生讨论并总结出节约能源的方法，例如关灯、开启节能模式、步行或骑自行车等。
通过小组讨论与展示，鼓励学生分享自己的观点和经验。
5. 拓展与巩固（25分钟）通过实际案例分析，讨论生活中的能源浪费行为以及对环境造成的影响。
引导学生提出改进的方案，激发他们的创新思维和环境保护意识。
四、教学辅助工具与资源1. 实物和图片：展示不同能源的实物和图片，以便学生更直观地认识和理解；2. 讨论卡片：提供给学生讨论用的卡片，鼓励他们发表观点和分享经验；3. 案例资料：准备一些能源使用的案例资料，以便于教师引导学生分析和探讨。
五、课堂评价1. 问题解答：引导学生回答与能量与能源相关的问题，检查他们对知识的理解程度；2. 小组讨论与展示：评价学生在小组中的参与度、合作性和表达能力；3. 案例分析：评价学生分析问题和提出解决方案的能力；4. 课堂笔记：鼓励学生在课堂上做笔记，检查他们对重点知识的掌握情况。
1.能量与能源.
运输费用与损耗
运输费用与损耗是能源利用中必须考虑 的一个问题。例如太阳能、风能和地热 能等很难输送出去，但化石燃料却很容 易从产地输送至用户。核电站核燃料的 运输费用极少，而燃煤电站的输煤就是 一笔很大的费用。此外运输中的损耗也 不可忽视
能源的可再生性
在能源日益匮乏的今天，评价能源时不 能不考虑能源的可再生性。在条件许可 和经济上基本可行的情况下，应尽可能 采用可再生能源
课程背景
能源是国民经济的命脉，能源与人民生 活和人类的生存休戚相关，在社会可持 续发展中起着举足轻重的作用。近年来， 国家把节约能源放在及其重要的地位， 在这种时代背景下，开设《现代能源》 课程是很有必要的
本课程的目的
本课程为武汉大学通识教育课，为学生提供有 关现代能源科学的基本理论、技术进展、能源 经济与政策等方面的知识 内容涉及到能源的基础知识；我国能源发展的 现状、存在的问题与发展战略；煤炭、石油、 天然气、水能等常规能源；太阳能、生物质能、 风能、海洋能、地热能等可再生能源以及氢能、 核能等新能源的利用原理与工程应用技术和发 展前景 通过课程的学习，使学生能初步了解有关能源 科学的概况和现代能源利用的基本知识
按获得的方法分
一次能源，即自然界现实存在的，可供直接利用的能 源，如煤、石油、天然气、风能、水能等 二次能源，即由一次能源直接或间接加工、转换而来 的能源，如电、蒸汽、焦炭、煤气、氢等，它们使用 方便，易于利用，是高品质的能源 一次能源只有在少数情况下以它原始的形式为人类服 务，更多情况下则要根据不同的目的进行加工，转换 成二次能源，以满足需要，或提高能源的使用效率。 随着科学技术的发展和社会的现代化，二次能源所占 的比重将日益增大
开发费用和利用能源的设备费用
各种能源的开发费用以及利用该种能源的设备 费用相差悬殊 太阳能、风能不需要任何成本即可得到。各种 化石燃料在开发中需要大量投资。但是利用能 源的设备费用则正好相反。太阳能、风能、海 洋能的利用设备费按每千瓦远高于利用化石燃 料的设备费。核电站的核燃料费远低于燃油电 站，但其设备费却高很多 在对能源进行评价时，开发费用和利用能源的 设备费用是必须考虑的重要因素，并需进行经 济分析和评估
能源概论复习资料有答案
《能源概论》复习题第一章能量与能源1、什么是能量？能量是物质运动的度量。
也是产生某种效果（变化）的能力。
2、能量的形式有哪些？机械能、热能、电能、辐射能、化学能、核能。
3、什么是热能？构成物质的微观分子运动的动能和势能总和。
4、什么是发热量？单位重量或体积燃料在完全燃烧，且燃烧产物冷却到燃烧前的温度时所放出的热量。
5、什么是低位发热量？单位燃料完全燃烧后，燃烧产物的温度冷却到参加燃烧反应物质的原始温度（20℃）,而燃烧产物中的水蒸气也冷却成20 ℃的水蒸汽时所放出的热量。
6、什么是高位发热量？单位燃料完全燃烧后，燃烧产物的温度冷却到参加燃烧反应物质的原始温度（20℃）,而燃烧产物中的水蒸气冷凝成为0 ℃的水时所放出的热量。
7、能量的性质有哪些？状态性、可加性、传递性、转换性、做功性、贬值性。
8、能量的转换包括的内容是？能量在空间上转移，就是能量的传输；能量在时间上转移，就是能量的储存。
9、能量传递的条件是什么？势差10、能量传递的形式是什么？能量的传递包括转移与转换两种形式11、能量传递的方法是什么？—由温差引起的能量交换，能量传递的微观形式；—由非温差引起的能量交换，能量传递的宏观形式。
12、能量传递的方式是什么？其具体方式为：传热—热传导、热对流和热辐射三种基本方式；做功（机械功）—容积功、转动轴功和流动功（推动功）三种基本方式。
13、能量传递的实质是什么？能量利用的实质。
14、什么是能源？是指能够直接或经过转换而获取某种能量的自然资源。
15、常规能源包括有哪些？煤炭、石油、天然气、薪柴燃料、水能。
16、新能源包括有哪些？太阳能、地热能、潮汐能、生物质能、核能。
17、能源的评价包括哪些？储量、能量密度、储能的可能性、供能的连续性、能源的地理分布、开发费用和利用能源的设备费用、运输费用与损耗、能源的可再生性、能源的品位、对环境的影响18、什么是能量密度？是指在一定的质量、空间或面积内，从某种能源中所能到的能量。
能源与节能管理基础
❖3、方式与方法：微观的三种基本方式是传 热、热对流和热辐射。宏观的三种基本方 式是容积功、转动轴功和流动功（推动 力）。
❖4、结果：通常只有两种，一是转移到产品， 二是散失于环境，包括直接损失和用于过 程后再进入环境这两种情况。
❖5、实质：能量的最终去向只能是唯一的， 即最终进入环境。结果是能量被利用了， 能源被消耗。
能源资源
能源概述
我国能源发 展现状与任务
能源和节 能的意义
能源资源状况 能源资源消费状况 能源产业发展及问题 主要任务 能源的意义 节能的意义
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第一节、能源资源
❖一、能源资源状况 ❖（一）世界能源资源储量及产量 ❖（二）我国能源资源储量及产量 ❖二、能源资源消费状况 ❖（一）世界能源资源消费状况 ❖（二）我国能源资源消费状况
能源的种 类与划分
3. 现阶段科 技条件下， 使用已广泛 、技术上成 熟的能源。
常规 能源
新开发的 两种能源
5. 可燃冰和 可控核聚变 。
能源 是自然界中存在的一种
资源，是可以被人类开发利 用的自然资源。
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一、能源
❖一、定义：（理解要点）
▪ 《节约能源法》中规定：“本法所 称能源，是指煤炭、石油、天然气、 生物质能和电力、热力以及其他直 接或者通过加工、转换而取得有用 能的各种资源”。
无标明数据为2008年统计数 ；全世界一
次能源消费量为161.36亿tce，一次能源 消费量前三位的国家是美国20.4%、中 国17.7%和俄罗斯6.1%。分别为32.84亿
tce、29.14亿tce和9.78亿tce。
二、能源资源消费状况 （了解内容）
能源知识（上）-第一章
第一章能源的分类能源种类繁多，而且经过人类不断的开发与研究，更多新型能源已经开始能够满足人类需求。
根据不同的划分方式，能源也可分为不同的类型。
1、按来源分为3类：地球本身蕴藏的能量通常指与地球内部的热能有关的能源和与原子核反应有关的能源。
①来自地球外部天体的能源（主要是太阳能）。
除直接辐射外，并为风能、水能、生物能和矿物能源等的产生提供基础。
人类所需能量的绝大部分都直接或间接地来自太阳。
正是各种植物通过光合作用把太阳能转变成化学能在植物体内贮存下来。
煤炭、石油、天然气等化石燃料也是由古代埋在地下的动植物经过漫长的地质年代形成的。
它们实质上是由古代生物固定下来的太阳能。
此外，水能、风能、波浪能、海流能等也都是由太阳能转换来的。
②地球本身蕴藏的能量。
如原子核能、地热能等。
③地球和其他天体相互作用而产生的能量。
如潮汐能。
温泉和火山爆发喷出的岩浆就是地热的表现。
地球可分为地壳、地幔和地核三层，它是一个大热库。
地壳就是地球表面的一层，一般厚度为几公里至70公里不等。
地壳下面是地幔，它大部分是熔融状的岩浆，厚度为2900公里。
火山爆发一般是这部分岩浆喷出。
地球内部为地核，地核中心温度为2000度。
可见，地球上的地热资源贮量也很大。
2、按能源的基本形态分类，有一次能源和二次能源。
前者即天然能源，指在自然界现成存在的能源，如煤炭、石油、天然气、水能等。
后者指由一次能源加工转换而成的能源产品，如电力、煤气、蒸汽及各种石油制品等。
一次能源又分为可再生能源（水能、风能及生物质能）和非再生能源（煤炭、石油、天然气、油页岩等）。
根据产生的方式可分为一次能源（天然能源）和二次能源（人工能源）。
一次能源是指自然界中以天然形式存在并没有经过加工或转换的能量资源，一次能源包括可再生的水力资源和不可再生的煤炭、石油、天然气资源，其中包括水、石油和天然气在内的三种能源是一次能源的核心，它们成为全球能源的基础；除此以外，太阳能、风能、地热能、海洋能、生物能以及核能等可再生能源也被包括在一次能源的范围内；二次能源则是指由一次能源直接或间接转换成其他种类和形式的能量资源，例如：电力、煤气、汽油、柴油、焦炭、洁净煤、激光和沼气等能源都属于二次能源。
热工基础绪论和第一章
工质：
实现热能和机械能之间转换的媒介物质。
例如空气、燃气、水蒸气等。
内 燃 机
燃气轮机
工质：
实现热能和机械能之间转换的媒介物质。
例如空气、燃气、水蒸气等。 物质三态中 气态最适宜。
4）稳定性，安全性 5）对环境友善 6）价廉，易大量获取
对工质的要求:
1）膨胀性;
2）流动性
3）热容量
热源：
本身热容量很大，且在放出或吸收有 限量热量时自身温度及其它热力学参数没 有明显变化的物体。 例如锅炉、循环水池、大气等。
用于描述系统平衡状态的物理量称为 状态参数，如温度、压力、比体积等。
状态参数的特点：
状态确定，状态参数的数值也确定，反 之亦然。 （4）非平衡状态 系统内部存在不平衡势（温差或压差）， 因此存在能量或质量传递的宏观物理状况。 非平衡状态不能用状态参数来描写。
2. 基本状态参数
工程热力学中常用的状态参数有压力、 温度、比体积、比热力学能、比焓、比熵等， 其中可以直接测量的状态参数有压力、温度、 比体积，称为基本状态参数。
热能利用的基本方式
（1） 热利用： 烧饭、采暖、烘干、熔炼等；
（2）动力利用： 通过热机将热能转换成机械能 或者再通过发电机转换成电能 加以
利用。
由于热能转换为机械能的有效利用程度（即热 机的热效率）较低，早期蒸汽机的热效率只有1％ 2％，现代燃气轮机装置的热效率大约只有37％ 42％，蒸汽电站的热效率也只有40％左右。因此， 如何更有效地实现热能和机械能之间的转换，提高 热机的热效率，是十分重要的课题。
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1-2 平衡状态及基本状态参数
1. 平衡状态
（1）状态（热力状态）
系统在某一瞬间所呈现的宏观物理状 况称为系统的热力状态，简称状态。 （2）平衡状态 系统内部各处的宏观性质均匀一致、不 随时间而变化的状态称为平衡状态。 系统内部不存在热量传递，即各处的温 度均匀一致的状态称为热平衡状态。
能源科学导论第一章能量和能源
能量. ❖ 核能:蕴藏在原子核内部的物质结构能.
(3)能量的性质
❖ 状态性 ❖ 可加性 ❖ 传递性 ❖ 转换性 ❖ 做功性 ❖ 贬值性
2 能量的转换
❖ 能量形态的转换:即能量的种类
❖ 能量的空间转换:即能量的运输
❖ 能量的时间转换:即能量的储存 能量的转换需要转换条件,必须在一定的设备 和系统中才可以实现,且满足能量守衡定律.
人类社会已经历了三个能源时期：
❖ 薪柴时期； ❖ 煤炭时期； ❖ 石油时期。
薪柴时期
❖ 主要以薪柴等生物质燃料为主要能源的 时代，生产和生活水平极低，社会发展 缓慢。
煤炭时期
❖ 18世纪，以煤炭取代薪柴作为主要能源， 蒸汽机成为生产的主要动力，工业迅速 发展，劳动生产力增长很快。
❖ 19世纪，电力成为工矿企业的主要动力， 成为生产和生活照明的主要来源。但这 时的电力工业主要是依靠煤炭作为主要 燃料。
3 能量的传递(能量传递过程的特点):
❖ 能量传递是有条件的，即在有能量密度差的条件下， 能量总是从能量密度大的物质或能量集中的地方， 向能量密度小的物质或地方传递；总是从集中到分 散并逐步达到平衡。
❖ 能量传递遵循一定的规律，即能量传递的速率正比 于传递的动力而反比于传递的阻力。
❖ 能量的传递包括转移与转换两种形式。转移是某种 形态的能量从一地转移到另一地，从一物转移到另 一物；转换则是能量由一种形态变为另一形态。
2 能源的评价
❖ 储量 ❖ 能量密度 ❖ 储能的可能性与供能的连续性 ❖ 能源的地理分布 ❖ 开发费用和利用能源的设备费用 ❖ 运输费用与损耗 ❖ 能源的可再生性 ❖ 能源的品位 ❖ 对环境的影响
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• 宇宙间一切运动着的物体，都具有能量， 人类的一切活动都与能量及其使用紧密 相关。
• 所谓能量，也就是“产生某种效果（变
化）的能力”。反过来说，产生某种效 果（变化），必然伴随能量的消耗和转 换。
第二节 能源的分类与评价
能源的分类
• 所谓能源，是指能够直接或经过转换而 获取某种能量的自然资源。
• 自然资源包括煤、石油、天然气、太阳 能、风能、水能、地热能、核能等。
• 为了便于运输和使用，上述资源经加工 可得到一些更符合使用要求的能量来源， 如煤气、电力、焦炭、蒸汽、沼气、氢 能等。
能源的分类
第一节 能 量
人类所认识的六种能量形式
• 机械能 •热 能 •电 能 • 辐射能 • 化学能 •核 能
机械能
• 机械能是与物体宏观机械运动或空间状 态相关的能量，前者称为动能，后者称 为势能。
机械能
• 如果质量为m的物体的运动速度为v则该
物体的动能Ek可以用下式计算：
Ek
1 2
mv2
• 重力势能Ep可以用下式计算：
• 传递的推动力是“势差” ：传热（ΔT）、导电（ΔU）、 流动（ΔP）、扩散（ΔC）、化学反应（化学势差）。
二、能量传递的规律
• 能量传递遵循一定的规律，即能量传递的速率 正比于传递的动力而反比于传递的阻力。
• 导电：
I U R
传热：
t Q
Rt
三、能量传递的形式
• 能量的传递包括转移与转换两种形式。 转移是某种形态的能量从一地转移到另 一地，从一物转移到另一物；转换则是 能量由一种形态变为另一形态。
• 低位发热量在数值上等于高位发热量减去水的气化潜热， 由于在燃烧过程中，燃料中原有的水分及氢燃烧后生成的 水均呈蒸汽状态随烟气排出，因此，低位发热量接近实际 可利用的燃料发热量，所以在热力计算中均以低位发热量 作为计算依据。
核能
• 核能是蕴藏在原子核内部的物质结构能。
• 轻质量的原子核（氘、氚等）和重质量的 原子核（铀等）核子之间的结合力比中等 质量原子核的结合力小，这两类原子核在 一定的条件下可以通过核聚变和核裂变转 变为在自然界更稳定的中等质量原子核， 同时释放出巨大的结合能。这种结合能就 是核能。
能源概论
第一章 能量与能源
任课教师：周文铸
zwz.306@
上海理工大学能源与动力工程学院
第一章 能量与能源
• 第一节 能量 • 第二节 能源的分类与评价 • 第三节 能源与人类文明 • 第四节 能源资源生产与消费 • 第五节 能源与环境 • 第六节 能源的可持续发展
• 物质和能量是构成客观世界的基础。
• 由于可被人类利用的能源多种多样，因 此有以下五种不同的分类方法：
一、按地球上能源形成的来源分； 二、按能源的加工程度分； 三、按人们对能源科技的掌握程度分； 四、按能源能否再生分； 五、按对环境的污染情况分。
一、按地球上能源形成的来源分
• 1、来自太阳的能量 • 2、来自地球内部的热能 • 3、来自放射性元素铀、钍等核裂变能
能量的性质
• 状态性 • 可加性 • 传递性 • 转换性 • 做功性 • 贬值性
能量的转换
• 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。
能量的转换
能量的传递
一、能量传递的条件
• 能量传递是有条件的，即在有能量密度差 的条件下，能量总是从能量密度大的物质 或能量集中的地方，向能量密度小的物质 或地方传递；总是从集中到分散并逐步达 到平衡。
E p mgH
机械能
• 弹性势能 Eτ的计算式为：
Eτ
1 2
k x2
• 表面能 Es可用下式计算：
k—物体的劲度系数 X—物体的变形量
Es S
σ—物体的劲度系数 S—物体的变形量
热能
• 构成物质的微观分子运动的动能和势能总 和称为热能。这种能量的宏观表现是温度 的高低，它反映了分子运动的激烈程度。 通常热能Eq可表述成如下的形式：
T—绝对温度
Eq TdS S—熵
Байду номын сангаас能
• 电能是和电子流动与积累有关的一种能 量，通常由电池中的化学能转换而来， 或是通过发电机由机械能转换得到；反 之，电能也可以通过电动机转换为机械 能，从而显示出电做功的本领。
Ee UI
U—电势 I—电强
辐射能
• 辐射能是物体以电磁波形式发射的能量。 • 物体的辐射能Er可由下式计算：
六、能量传递的方式
• 通过能量交换而实现的能量传递，即传热和做 功，其具体方式为：传热的三种基本方式是热 传导、热对流和热辐射；做功（这里指机械功） 的三种基本方式是容积功、转动轴功和流动功 （推动功）。
七、能量传递的结果
• 能量传递的结果主要体现在两方面，即 能量使用过程中所起的作用以及能量传 递的最终去向。
四、能量传递的途径
• 能量传递的途径主要有两条：由物质交 换和质量输运而携带的能量称为携带能； 在体系边界面上的能量交换称为交换能。
五、能量传递的方法
• 在体系边界面上的能量交换通常以两种 方法进行：传热——由温差引起的能量 交换，这是能量传递的微观形式；做 功——由非温差引起的能量交换，这是 能量传递的宏观形式。
• 能量传递的最终去向通常只有两条：或 转移到产品，或散失于环境，包括直接 损失和用于过程后再进入环境这两种情 况。
八、能量传递的实质
• 能量传递的实质实际上就是能量利用的 实质。如果把产品的使用也包括在内， 能量的最终去向只能是唯一的，即最终 进入环境。
• 结果：能量被利用了，能源被消耗了。就能量 利用的本质而言，人类利用的不是能量的数量 而是能量的质量（品质、品位），即能的质量 急剧降低，直至进入环境，最终成为废能。
E
r
c0
T 100
4
ε—物体的辐射率 C0—黑体辐射系数
化学能
• 化学能是物质结构能的一种，即原子核外进 行化学变化时放出的能量。
• 按化学热力学定义，物质或物系在化学反应 过程中以热能形式释放的内能称为化学能。
• 高位发热量—完全燃烧时，燃烧产物中的水蒸气全部凝结 成水时所放出的热量
• 低位发热量—完全燃烧时，燃烧产物中的水蒸气仍以气态 存在时所放出的热量