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第22章 (能源与可持续发展) 第1节 能源


历史上许多民族都将太阳作为顶礼膜拜的神明。如果没有太阳,地球就会处在黑暗和冰冷的长夜中,也不会孕育出任何生命。
实际上,宇宙中除了太阳还有无数的恒星,那些恒星离我们非常遥远,所以看起来没有太阳那么大、那么亮。太阳是离地球最近的一颗恒星。许多恒星比太阳还大。每颗恒星都在释放巨大的能量,它们每时每刻都在向外辐射着惊人的光和热 。
太阳和其他恒星为什么会辐射如此巨大的能量?人类利用的能量都是由太阳提供的吗?人类使用的能量是无穷无尽的吗?让我们在本章中一起探索这些有趣的问题吧!

三峡水电站是世界上最大的水力发电站,它通过提高上游的水位增加水的势能,高水位的水向下流,使水轮机转动并带动发电机发电,从而向人们提供电能。
金属的冶炼、机器的运转、汽车和火车等交通工具的行驶都需要能量,生活中烧饭、取暖、照明等也需要能量。生产和生活中利用的这些能量,是通过不同的能源提供的。各种能源的广泛利用,极大地促进了人类文明的发展。
人类利用能源的历程
自从原始人发现使用火的方法以后,能源就成为人类文明跃进的重要物质基础。让我们沿着这个进步历程来认识各种各样的能源。
钻木取火在人类利用能量的历史上非常重要。 从利用自然火到利用人工火的转变,结束了远古人类茹毛饮血的时代,开启了以柴薪作为主要能源的时代。 相对于当时的人口和当时的生产力,柴薪是一种数量巨大、能够方便获取的能源。 人类以柴薪为主要能源的时代,持续了近一万年。 现在,柴薪仍是某些地区的重要生活能源。
蒸汽机的发明是人类利用能量的新里程碑。 人类从此逐步以机械动力代替人力和畜力,人类的主要能源由柴薪转向煤。
我们今天使用的煤、石油、天然气, 是千百万年前埋在地下的动、植物经过漫长的地质年代形成的,所以称为 化石能源。 像化石能源这样可以直接从自然界获得的能源,我们称为 一次能源。 风能、水能、太阳能、地热能以及核能等均属于一次能源。
电能不属于一次能源,它通常是由其他形式的能转化而来的, 最终还要转化为光能、内能、动能等其他形式的能,才能为人类所用。 那么,为什么很多地方要使用电能,而不直接使用一次能源呢? 这是因为 电能便于输送和转化。现代社会离不开的各种各样的用电器, 是将电能转化为其他各种形式能量的转化器。由于电能无法从自然界直接获取, 必须通过消耗一次能源才能得到,所以称电能这样的能源为 二次能源
21世纪的能源趋势
由于世界人口的急剧增加和经济的不断发展,能源的消耗持续增长。 特别是近几十年来,能源消耗增长速度明显加快。 如果把全世界的能源消耗量折合成热值为2.93×10 ▲7 J/kg的标准煤来计算, 1950年为26亿吨,1987年为110多亿吨,2003年接近140亿吨,2007年达到160亿吨(图22.1-5)。

已探测的数据表明,目前作为人类主要能源的化石能源储量并不丰富,而且化石能源开发利用后不能再生,如果长期大规模开采,不久的将来会消耗殆尽,所以开发新能源、更好地利用已知能源,是全球范围内的重要课题。
在物理学的发展过程中,随着对机械能认识的不断深入,风能和水能逐渐得到了较为广泛的应用。而随着科学家对物质结构研究的不断深入,20世纪40年代,科学家发明了可以控制核能释放的装置——核反应堆,拉开了以核能为代表的新能源利用的序幕。

科学·技术·社会
石油危机和能源科学

石油是世界上许多国家的主要能源。盛产石油的中东国家是发达国家主要的石油供应国。
1973年爆发了第四次中东战争,由此引发了西方国家第一次石油危机。1980年,中东两个石油大国伊朗和伊拉克之间爆发战争,两伊战争猛烈冲击世界石油市场,引发了第二次石油危机。在此之后,1990年由于伊拉克攻占科威特引发了第三次石油危机。
石油危机在全球范围内引起了人们对能源问题的思考。例如,以石油作为经济发展的支柱是否可靠?以化石燃料为主的能源结构还能支撑多久?由能源问题引发的能源科学的崛起,是人类进步的又一表现。它不仅研究能源的开发、利用和保护,而且还研究涉及生态环境、人口控制、社会经济可持续发展等一系列重大问题。

参考资料:
     第1节 (能源)

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