2 能量的转换和储存-1次
能量转换和储存
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。
储能原理与技术
第三章 储能材料的基本特性 1 相变焓差与相平衡、相变过程特性 2 气体水合物的特性 3 水、冰及水合盐的特性 4 高分子储能材料的特性 5 储能材料的热物性及测定方法 6 储能材料的遴选原则及常用材料介绍
要求掌握相变焓差的基本计算原理，了解相图意义及相 率概念。掌握相变过程特性。了解气体水合物、水、冰及水 合盐的特性。掌握高分子储能材料的特性。了解储能材料的 热物性及测定方法，掌握储能材料的遴选原则及常用材料特 性。
第七章 气体水合物储能技术及应用 1 气体水合物性质 2 气体水合物蓄冷现状 3 气体水合物蓄冷工质选择 4 气体水合物相平衡 5 气体水合物反应动力学 6 气体水合物蓄冷系统应用 7 水合物蓄冷中试
要求了解气体水合物性质及蓄冷现状。掌握气体水 合物蓄冷工质选择、相平衡、反应动力学原理。了解 气体水合物蓄冷系统布置方式。
日间调峰：电力、天然气、太阳能； 季节调峰：针对季节差异对能量供给和利用造成的不平衡，例如冬 夏对供热和供冷的需求不同，储存电力、天然气和太阳能等； 广义储能：指在能量富余的时候通过发展高能耗产业，得到产品， 然后将产品运输到需要的地方，实现能量的供给平衡。例如在天 然气丰富的国家或地区发展天然气化工，制造甲醇、乙烯、液体 燃料等产品出口，进行冶金、水泥、陶瓷等高耗能产品加工并出 口。
第九章 其他储能技术及应用 1 气体水合物储能技术及其应用 2 储能技术在日常生活中的应用 3 储能技术在交通运输中的应用 4 储能技术在新能源生产中的应用 5 储能技术在建筑节能中的应用
了解气体水合物储能技术原理及其应用特点。了解储能 技术在日常生活、交通运输、新能源生产和建筑节能中的应 用及发展趋势。
第八章 化学储能、氢能制备储存技术及应用 1 化学能 2 化学能与热能的转换 3 化学能与电能的转换 3 燃料电池 4 化学能储太阳能 5 高分子换能材料 6 氢能制备与储存
工程热力学 第二章 热力学第一定律
wt
1 2
cf22
cf21
gz2
z1 ws
(2-11)
将轴功的表达式代入上式，即有：
2
1 d ( pv)
2
2
1 pdv 1 vdp
wt 12 pdv p2v2 p1v1 12 vdp (2-11a)
由上式可知，准静态过程的 技术功的大小可用过程线左边的 面积来表示。
准静态 pdv d( pv) wt
wt pdv d( pv) pdv ( pdv vdp) vdp
wt vdp wt vdp
准静态
q du pdv
q dh vdp
热一律解析式之一 热一律解析式之二
技术功在示功图上的表示
q12 (u2 u1) w12
Q dU pdV (2-4)
2
Q12
(U2
U1)
pdV
1
(2-4a)
q du pdv (2-4b)
2
q12
(u2 u1)
pdv
1
(2-4c)
2-3 开口系统能量方程 Energy balance for open system
式中各项的正负号规定为：系统吸热为正，放热为负； 系统对外作功为正，外界对系统作功为负。
上式既适用于准静态过程，也适用于非准静态过程。
对于无耗散的准静态过程， w pdv
因此上述诸式可写为：
Q dU W
Q12 (U2 U1) W12
对1kg工质，有：
q du w
所以有：
h1 h2
1 2
能量的转换
《能量的转换》教学设计一、教材分析：《能量的转换》是《科学》六年级下册第五单元《神奇的能量》的第二课，在本单元中起到承上启下的作用。
通过第一课《各种各样的能量》的学习，学生对能量以及能量形式有了初步的了解后，本课进一步引领学生探究各种形式的能量之间是如何转换的，为第三课《能源》第四课《节约能源和开发新能源》建构坚实的科学知识基础，也为他们今后学习物理学最普遍的定律之一——能量守恒定律打下感性认识基础。
四课之间是层层递进的逻辑关系。
本课将指导学生认识能量最基本的特点----能量的转换。
教学内容分为三个部分。
第一部分：认识什么是能量的转换。
第二部分：认识能量转换的过程。
第三部分：做一个简单的能量转换玩具。
二、教学目标：1．科学知识：让学生建立能量转换的概念，知道一种形式的能量可以转换成另一种形式的能量。
这是本课学习的重点。
2．科学探究：（1）、能根据现象进行猜想、推测，并能通过实验验证发现规律,亲历一个完整的科学探究过程，（2）、指导学生探索,能针对具体情境说出什么形式的能量转换成了什么形式的能量。
这是本课学习的难点。
3．发展目标.：（1）、乐于合作，逐步培养学生的科学素养。
（2）、懂得看似平常的事物里往往蕴藏着科学道理，并能不断地提出一些问题,自己设计研究方案去解决问题。
三、学习者特征分析学生能够理解能量之间可以相互转换，对本课内容较感兴趣。
四、教学策略选择与设计知道能量能够转换其它形式的能量，并以不同表现形式，采用启发式教学。
五、教学重点及难点教学重点：能够理解能量之间可以相互转换。
教学难点：知道能量能够转换其它形式的能量，并以不同表现形式。
教学准备：烧杯、温度计、铁架台、石棉网、火柴、缝衣针、花生、凉水、大扣子、长1米左右的线绳、易拉罐、橡皮筋、小重物。
六、教学过程：（一）创设情境，激发兴趣在上节课里我们讲到各种各样的能量都有着不同的作用，其实能量之间是可以相互转换的。
1、请大家做个游戏，和我一起搓搓手，你有什么样的感觉？同学们边做游戏边思考。
物质代谢与能量代谢
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中考物理考点一遍过考点26能量的转化和守恒含解析
考点26 能量的转化和守恒考点解读能量的转化和守恒（1）各种形式的能量有：电能、热能、化学能、生物能,机械能（包括动能和势能）、光能、太阳能、水能、风能,原子核能、地热能、潮汐能等。
（2）能量的相互转化实质上是能量的转移和转化过程,包括“消耗能量”“利用能量”和“获得能量”。
能量的转化普遍存在,如动能转化为势能,化学能转化为电能,生物能转化为势能,电能转化为光能和热能等。
（3）在一定条件下,各种形式的能量可以相互转化和转移。
在热传递过程中,高温物体的内能转移到低温物体。
运动的甲钢球碰击静止的乙钢球,甲球的机械能转移到乙球。
（3）在自然界中能量的转化也是普遍存在的。
小朋友滑滑梯,由于摩擦而使机械能转化为内能；在气体膨胀做功的现象中,内能转化为机械能；在水力发电中,水的机械能转化为电能；在火力发电厂,燃料燃烧释放的化学能,转化成电能；在核电站,核能转化为电能；电流通过电热器时,电能转化为内能；电流通过电动机,电能转化为机械能。
（4）能量守恒定律：能量既不会消灭,也不会创生,它只会从一种形式转化为其他形式,或者从一个物体转移到另一个物体,而在转化和转移的过程中,能量的总量保持不变。
重点考向考向一能量及其守恒定律典例引领（2020•黑龙江）目前,市区里的老旧小区正在进行水路改造,改造中用到了一种打孔工具--冲击钻,冲击钻工作时,钻头在电动机的带动下,不断地冲击墙壁打出圆孔,如图,冲击钻在工作过程中,关于其能量转化正确的是（）A．内能转化为机械能B．内能转化为电能C．只有机械能和内能的转化D．有电能、机械能和内能的转化【答案】D【解析】（1）当电流通过电动机时,电流做功,消耗电能转化为机械能和内能；（2）钻头冲击墙壁,克服摩擦做功,将机械能转化为内能；由此分析可知,在该过程中存在电能、机械能和内能的转化。
故选：D。
变式扩展（2020•恩施州）动态制动是现代车辆采用的一种重要制动方式。
动态制动器主要由动态制动电阻和继电器等组成,在故障、急停、电源断开时继电器将制动电阻接入,通过电阻耗能起到一定的制动作用。
小学科学人教鄂教版五年级下册第二单元《能量的转换》知识点(2023春)
第二单元能量的转换4.电灯的能量转换1.能量无处不在，声，光，电，磁，热以及各种各样的运动都是能量的表现形式。
例如我们的教室里有许多电器，电灯将电能转化为光能，不同形式的能量之间可以发生能量的转换。
2.电灯是现代人类生活离不开的照明器具，每当夜幕降临时，家家户户大街小巷的灯就亮起来了。
3.观察几种电灯。
它们有哪些相同点和不同点？答：相同点是三种电灯都可以照明，不同点三种电灯的效率不同且转化成光能的能量也不同。
白炽灯、荧光灯、LED灯的发光效率分别为：30%以上，90%以上，97%以上。
白炽灯灯丝需要加热到一定温度才能发光，要大量电能转化为热能；荧光灯用X-射线轰击荧光粉发光，效率已经很高了；LED灯用砷化镓，电子获得能量跃迁发光，效率更高。
4.电灯发热时，附近的温度明显升高，在做模拟实验，为了保证活动安全，我们用手电筒代替电灯进行实验。
实验结果中发现，电灯发光时，电灯附近的温度明显升高。
5.电灯可以使电能转化成热能和光能能量，从一种形式转化成另一种形式的现象，叫做能量的转换。
能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只会从一种形式转化成另一种形式，称之为能量守恒定律。
6.了解照明器具的发展过程说一说，每种照明器具在使用过程中发生了怎样的能量转换？答：油灯，蜡烛和煤气灯都是将自身的化学能转化为光能白炽灯则是将电能转化为光能7.100多年前，爱迪生发明了电灯，在此之前，人们只能用火把，油灯，蜡烛，煤气灯等照明。
爱迪生发明电灯是在前人工作基础上，经过无数次探索改进，才取得成功的继爱迪生之后，人们又对电灯做了更多改进，如今的电灯不仅种类繁多，对光能的利用效率也更高了。
8.电灯最初是作为一种照明器具出现的，随着科学技术不断发展，人们又研制出许多其他用途的电灯。
紫外线灭蚊灯红外线理疗灯植物工厂育苗灯城市景观灯塔5.电铃的能量转换1.铃声响了，该上课了，许多学校的铃声是由电铃发出来的。
2.观察电铃电铃是根据电磁铁的性质制成的。
【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
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；
能量相互转换的例子
能量相互转换的例子能量是物体或系统所具有的能够产生运动、发光、发热等作用的物理量，它可以通过不同的方式相互转换。
下面将列举一些能量相互转换的例子。
1. 热能转换为机械能：蒸汽机是一种将燃料燃烧产生的热能转换为机械能的装置。
在蒸汽机中，燃料燃烧产生的热能使水蒸发成蒸汽，蒸汽的压力驱动活塞运动，从而产生机械能。
2. 机械能转换为电能：发电机是一种将机械能转换为电能的设备。
在发电机中，通过机械装置使磁场发生变化，导致线圈中的电荷发生运动，从而产生电流，将机械能转换为电能。
3. 光能转换为电能：太阳能电池是一种将光能转换为电能的装置。
太阳能电池中的光敏材料吸收光能后，产生电子-空穴对，通过电场将电子和空穴分离，从而产生电流，将光能转换为电能。
4. 电能转换为热能：电热水壶是一种将电能转换为热能的设备。
电热水壶中的电能通过加热元件产生热量，从而将电能转换为热能，使水变热。
5. 热能转换为化学能：化学电池是一种将热能转换为化学能的装置。
在化学电池中，通过放热反应将热能转化为化学能，储存在电池中，以供后续使用。
6. 化学能转换为热能：燃烧是一种将化学能转换为热能的过程。
当物质燃烧时，化学反应释放出热量，将化学能转换为热能。
7. 机械能转换为磁能：电动机是一种将机械能转换为磁能的装置。
电动机中的电流通过线圈产生磁场，使得线圈受到磁力作用而产生转动，将机械能转换为磁能。
8. 磁能转换为电能：电感是一种将磁能转换为电能的元件。
当磁场发生变化时，电感中的线圈会感应出电流，将磁能转换为电能。
9. 电能转换为光能：发光二极管（LED）是一种将电能转换为光能的装置。
当电流通过LED时，LED中的半导体材料会发光，将电能转换为光能。
10. 光能转换为化学能：光合作用是一种将光能转换为化学能的过程。
植物通过光合作用将太阳能转化为化学能，储存在光合有机物中。
以上是能量相互转换的一些例子，我们可以看到，能量在不同形式之间的转换是普遍存在的，这些转换过程在我们的日常生活和工业生产中起着重要的作用。
《工程热力学》第二章 热力学第一定律
6
2-2 热力学能和总能
能量是物质运动的度量，运动有各种不同的 形态，相应的就有各种不同的能量。
系统储存的能量称为储存能，它有内部储存 能与外部储存能之分。系统的内部储存能即为热 力学能
Q U W
Q 0 W ? 0 U 0 即U1 U2
强调：功是通过边界传递的能量。
30
h1 a 2
h1 b 2
2
dh
1
h2 h1
dh 0
21
三、焓的意义：
焓是物质进出开口系统时带入或带出的热力学 能与推动功之和，是随物质一起转移的能量。
焓是一种宏观存在的状态参数，不仅在开口系 统中出现，而且在分析闭口系统时，它同样存 在。
焓是随着质量交换而交换的一种“转移能”， 只有在质量跨越边界的前提下，焓的物理意义 及其能量属性才能体现出来。
第二章 热力学第一定律
1
本章基本要求
深刻理解热能、储存能、功的概念，深刻理解内 能、焓的物理意义；
理解膨胀（压缩）功、轴功、技术功、流动功的 联系与区别；
本章重点
熟练应用热力学第一定律解决具体问题
2
2-1 热力学第一定律的实质
19世纪30-40年代，迈耶，焦耳等发现并确 定了能量转换与守恒定律。恩格斯将这列为19世纪 三大发现之一（细胞学说、达尔文进化论）。
在热能与其它形式能的互相转换过程中，能的 总量始终不变。
不花费能量就可以产生功的第一类永动机是不 可能制造成功的。
4
5
进入系统的能量－离开系统的能量 = 系 统储存能量的变化
在工程热力学的范围内，主要考虑热能与机 械能之间的相互转换与守恒，因此热力学第一定 律可表述为：热可以变为功，功也可以变为热， 在相互转变时能的总量是不变的。
能量的转化和守恒(练习)(解析版)2022-2023学年九年级物理全一册同步精品备课(人教版)
14.3能量的转化和守恒一．基础过关1．能量守恒定律：能量既不会凭空消失，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化或转移的过程中，其总量保持不变。
能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。
一切有能量转化或转移的场合，大到宇宙、小到原子核内部，也不论是生物、化学还是物理、地质现象，都遵守能量守恒定律。
自然界中能量的总量保持不变，但是对于某一物体可能改变。
【答案】消失；产生；一种形式；另一种形式；一个物体；另一个物体；保持不变【解答】解：由能量守恒定律的内容可知，能量既不会凭空消失，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化或转移的过程中，其总量保持不变。
故答案为：消失；产生；一种形式；另一种形式；一个物体；另一个物体；保持不变。
2．“永动机”是不能永动的，原因是它违反了能量守恒定律。
如图所示的两种情况是不可能发生的，原因是能量的转化和转移具有方向性。
【答案】能量守恒定律；方向性【解答】解：（1）根据能量守恒定律可知，能量不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一种形式转化为另一种形式或从一个物体转移到另一个物体，但能量转化过程中要有一定的消耗，故永动机违反了能量守恒定律，是不可能制成的。
（2）若房间内空气自行聚拢、上面水沸腾和下面水结冰，说明能量发生转移或转化，而两种情况不可能发生，说明能量的转化和转移具有方向性。
故答案为：能量守恒定律；方向性。
3．在自然界中，能量转化是非常普遍的，各种形式的能量都可以在一定条件下相互转化，请你在表的空格中任意填上三个能量转化的实例（每个空格限填1例）．填写时请注意：（1）所填实例应系本空格左方对应的能量形式转化为上方对应的能量形式（见表中示例）。
（2）所填实例应是两种不同形式的能量之间的直接转化而非间接转化。
机械能电能化学能光能内能转化为实例由机械能电能日光灯发光化学能蓄电池放电光能内能【答案】机械能电能化学能光能内能转化为实例由机械能发电机发电钻木取火电能电动机转动蓄电池充电日光灯发光电水壶烧水化学能蓄电池放电燃料燃烧燃料燃烧植物光合作用晒太阳暖和光能太阳能电池板发电白炽灯发光内能高温气体推动子弹前进【解答】解：机械能转化为电能的有：发电机发电，电风扇工作等；机械能转化为内能的有：钻木取火；电能转化为机械能的有：电动机转动；电能转化为化学能的有：蓄电池充电；电能转化为光能的有：日光灯发光；电能转化为内能的有：电水壶烧水；化学能转化电能的有：蓄电池放电；化学能转化为光能和热能的有：燃料燃烧；光能转化为电能的有：太阳能电池板发电；光能转化为化学能的有：植物光合作用；太阳能转化为内能的有：晒太阳暖和；内能转化为机械能的有：高温气体推动子弹前进；内能转化为光能的有：白炽灯发光。
第二讲 能量的相互转换 2
能量的相互转换知识要点：中考中经常出现的能量形式有：机械能、内能、太阳能、风能、化学能、光能、核能、电磁能等等。
这些能量之间都可以相互转化，并且遵守能量守恒定律。
能量守恒——能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移过程中，能量的总量保持不变。
这些能量中的重点是机械能和内能：1．机械能=动能＋势能（1）动能：运动物体的质量大，速度越大，它的动能就越大。
（2）势能：分为重力势能和弹性势能．重力势能：物体的重力越大，举得越高，重力势能就越大。
弹性势能：物体的弹形变越大，弹性势能就越大。
1. 机械能你乘坐的校车，往前跳跃的青蛙，甚至是你听到的声音都具有机械能。
机械能（mechanical energy）是指与物体的运动或位置高度，形变相关的能。
机械能可以表现为动能，也可以表现为势能。
2. 热能所有的物体都是由叫做原子和分子的微小粒子组成的。
由于粒子的运动形式和排列和排列结构方面的原因，所有这些粒子既有动能又有势能。
热能（thermal energy）是指组成物体的粒子的运动速度就会增大，从而使得物体摸上去感觉是热的。
随着势能的增加，冰淇淋开始融化。
3. 化学能化合物，如巧克力、木头和蜡，都储存有化学能（chemical energy）。
化学能是指储存在化合物化学键里的势能。
你吃的食物，用来点蜡烛的火柴都储存有化学能，甚至你身体的细胞里都储存有化学能。
4. 电能当门的金属球形握把上的静电击中你的时候，你就能感受到电能。
运动的电荷形成电流，或者说产生了电能（electrical energy）。
电器设备，如收音机、电灯以及电脑等，用的都是来自电池或电厂的电能。
5. 电磁能你每天看到的光就是一种电磁能（electroma-gnetic energy）。
电磁能以各种各样的波的形式传播，这些波同时具备某些电的属性和磁的属性。
除了可见光外，紫外线、微波和红外线都是电磁能的表现形式。
能源转换与储存材料
以满足新能源（可再生能源）的获取、利用为 目的材料。
发展概况： 20世纪70年代的石油危机—— 触发新能源材料的 研究 持续的能源、环境压力 —— 推动新能源材料发展
重要的新能源(可再生能源)：
太阳能、风能、地热、潮汐、核能
获取一次能源：
光电转换装置及相关材料 热电转换装置及相关材料 风力发电机材料 核能利用装置及相关材料
金属型氢化物：H与过渡族金属反应形成的金属键 化合物，如TiH1.7；
2、金属氢化物的相平衡及储氢合金的吸放氢
平台压力
金属与氢反应压力－组分－温度曲线 (P-C-T曲线)
储氢合金吸/放氢过程的滞后回线
四、储氢材料应具备的条件
1、储氢量大：单位质量或单位体积储氢量大
2、平衡氢压适当：最好在室温附近只有几个大气 压，便于储氢和放氢。且P-C-T曲线有良 好的平坦区，平坦区越宽，倾斜程度越 小，在该区域稍微改变压力，就能吸收和 释放较多的氢气；
M—含氢固溶体
ΔH—反应热
P1,T1—吸氢时体系所需的压力和温度 P2,T2—释氢时体系所需的压力和温度
1、氢化物的分类：
共价键氢化物：氢与硼及其附近元素形成的共价键 型化合物，如B2H6、AlH3等；
分子型氢化物：氢与非金属元素形成的分子型氢化 物，如NH3、H2O等。
离子键型氢化物：H与IA、IIA族金属反应的离子 键化合物，如LiH、MgH2等；
⑵离子注入法： 将硅膜作为衬底，杂质元素离子化后，用高压对 其进行加速，使离子有很高的能量能够注入硅膜 内。
纳米晶化学太阳能电池 纳米TiO2晶体化学能太阳能电池
电池主要包括： 镀有透明导电膜的玻璃基底 染料敏化的半导体材料 对电极 电解质等
压电发电的能量转换及存储技术研究
压电发电的能量转换及存储技术研究随着人类对可再生能源的需求日益增长，能量转换和存储技术成为了当今研究的热点。
其中，压电发电技术作为一种将机械能转换为电能的独特方式，在能量转换及存储技术上具有重要的应用价值。
本文将阐述压电发电的基本原理、技术分类、优势以及未来应用前景，为相关领域的研究提供参考。
压电发电是指利用压电材料的逆压电效应将机械能转换为电能的过程。
逆压电效应是指压电材料在受到外部机械应力时，会产生电势差的现象。
与传统发电机相比，压电发电机的最大区别在于其不需要电磁感应原理，因此具有结构简单、体积小、重量轻等优点。
压电发电技术根据不同的应用场景，可分为薄膜压电发电、纤维压电发电和颗粒压电发电等。
薄膜压电发电：利用薄膜压电材料在受到应变时产生电势差的特性，将机械能转换为电能。
该技术适用于小型设备或低功耗应用场景。
纤维压电发电：利用纤维压电材料在受到轴向应力时产生电势差的特性，将机械能转换为电能。
该技术适用于结构较复杂或要求高度集成的应用场景。
颗粒压电发电：利用颗粒状压电材料在受到振动或冲击时产生电势差的特性，将机械能转换为电能。
该技术适用于环境恶劣或要求高稳定性的应用场景。
压电发电技术在能量转换及存储技术上具有以下优势：高效性：压电发电机的能量转换效率较高，可达到90%以上。
可靠性：由于没有使用电磁感应原理，压电发电机具有更高的可靠性，适用于各种恶劣环境。
灵活性：根据不同应用场景，可以选择不同类型的压电发电机，以满足各种需求。
环保性：压电发电过程中不产生污染，符合绿色能源的发展趋势。
不足之处在于，压电发电机的输出功率密度相对较低，需要进一步优化材料和结构设计以提高输出性能。
由于压电发电技术的独特优势，其具有广泛的应用前景。
以下是几个典型的应用领域：便携式设备：随着智能设备的普及，便携式设备对能源的需求不断增加。
压电发电机作为一种绿色、高效的能源转换方式，可为便携式设备提供持续的电能。
电动汽车：电动汽车的发展离不开高效、环保的能源系统。
能量的存储
风库：风库中的压力、温度和湿度都是周期性重复 波动的，必须确定这种波动的长期效应。通常是多 个风库同时运行作为一个风库储能系统。
可利用的天然风库包括盐穴、矿床穴和天然洞穴。
显热储能方式：水增压储存、有机液储存、 紧凑固体床储存；流化固体床储存。
显热储能
图3-11是一电站压力水显热储能系统，其一次能源可以是核 电站也可是化石燃料电站。
潜热储能
熔融固体或气化液体可以储存相变的 潜热。
能量储存密度等于融化（或蒸发）潜 热与储能材料密度的乘积。由于单相 物质的潜热比其比热容大得多，所以 潜热储能的能力比显热储能能力大得 多。系统运行温度基本上为恒温，相 变过程体积变化小。
电力储能就是通过能量转换将一天中，一周中或 一年中超过需求的那部分电力储存起来，用于一 天中，一周中或一年中的用电高峰期，以减少不 必要的发电能耗。
电力储能
电力优化管理
电力储能的成本很高，从生产运行管理的角度，在需要 的时候生产出需要的电量是最经济的。只有在生产与需求无 法匹配的时候，才有必要进行能量储存。所以对发电过程及 其发出的电力进行优化管理是节能的一项重要工作.
能量储存系统
（1）电力储存 ：将过量生产的电力储存起来用于用电高峰期。由于 在能量储存和输出过程中总会有损失，所以储能供应出去的电力永远 小于储存能量所消耗的电力。
现采用和正在研究的电力-机械能储存方法有：转化成势能的水
压头储能，压缩空气，弹簧、扭杆、质量提升高度储能等，转化成动
能的各种飞轮储能。
压缩空气储能
孤立系统和联合系统
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
高中物理必修三 第五章 第三节 能量的转化与守恒-第四节 能源与环境
自然界的一切物质
电能
电能是与 电 有关的能量
工作中的发电机、电池等
电磁能
电磁场 所具有的能量
无线电波、可见光、紫外 线、红外线等
通过核反应(裂变或聚变)由_原__子__核__ 核能
释放的能量
原子弹、氢弹等
化学能 发生 化学 变化时释放出来的能量 石油、煤、天然气等
2.能量的转化和转移 不同形式的能量可以相互转化： ①水力发电→水的机械能转化为 电 能. ②化学电池充电→电能转化为 化学 能；化学电池使用→化学能转化为 电 能. ③光合作用→光能转化为化学能；木材燃烧→化学能转化为 光 能和 内 能.
答案 2.1×1013 J 2.4×103 t
设可节省的电能为E，则E＝8×6%×60×20×104 kW·h＝5.76×106 kW·h ≈2.1×1013 J， 设1年内节约的标准煤的质量为m，则由能量守恒定律有2.92×107 J/kg ×m×30%＝E， 解得m≈2.4×106 kg≈2.4×103 t.
知识深化
2.能量守恒的两种表达 (1)某种形式的能量减少，一定有其他形式的能量增加，且减少 量和增加量一定相等. (2)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.
知识深化
3.应用能量转化与守恒解题的步骤 (1)首先分析研究对象的受力情况、做功情况、能量的转化方向 及初、末状态能量的具体形式. (2)分别列出减少的能量ΔE减和增加的能量ΔE增的表达式. (3)依据ΔE减＝ΔE增列式求解.
二、能量守恒定律
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 其他形式，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 .
能量转移机制
能量转移机制能量转移的意义与背景能量转移是指在自然界中，能量从一个物体或系统传递到另一个物体或系统的过程。
这个过程在许多领域中都发挥着至关重要的作用，包括物理学、化学、生物学等。
能量转移机制的研究不仅可以帮助我们更好地理解自然界的运行规律，还能够为相关领域的应用提供理论基础和技术支持。
能量转移的基本原理能量转移可以通过不同的机制进行，包括热传导、辐射、对流等。
这些机制都遵循能量守恒定律，即能量不会凭空消失或产生，只会从一个物体或系统转移到另一个物体或系统中。
1. 热传导热传导是一种能量通过物质内部的传递方式。
当两个物体之间存在温度差异时，热量会从高温物体传递到低温物体，直到两者的温度达到平衡。
热传导的速率取决于物体的热导率、温度差和物体的形状和尺寸等因素。
2. 辐射辐射是一种能量通过电磁波的形式传递的方式。
所有物体都会辐射能量，其数量取决于物体的温度和表面特性。
热辐射遵循斯蒂芬-波尔兹曼定律，即物体的辐射功率与其表面温度的四次方成正比。
3. 对流对流是液体或气体中能量传递的一种方式。
当物体受热后，其密度减小，会产生上升的对流流动。
这种对流流动可以带走物体的热量，实现能量的转移。
对流的速率取决于流体的性质、温度差和物体的形状和尺寸等因素。
能量转移机制在生物学中的应用能量转移机制在生物学中起着至关重要的作用，维持着生命系统的正常运转。
1. 光合作用光合作用是生物界中最重要的能量转移过程之一，通过将太阳能转化为化学能供生物体使用。
光合作用是植物和某些藻类中进行的，其过程中，植物通过吸收光能将二氧化碳和水转化为葡萄糖和氧气。
2. 细胞呼吸细胞呼吸是生物体内部发生的一种能量转移过程，通过将有机分子转化为能量供细胞使用。
在细胞呼吸中，有机分子（如葡萄糖）在有氧条件下被分解为二氧化碳和水，并释放出能量（以ATP的形式存储）。
3. 能量级联能量级联是生物体内不同能量转移机制之间相互作用的一种现象。
在生物体内，能量通常以级联的方式转移，从一个分子或细胞组分转移到另一个分子或细胞组分中。
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尤占平
主要内容
能量的基本性质 能量转换的主要燃料 热能的产生 机械能的获取 电能的生产 能量的储存
一、能量的基本性质
1、能量的基本性质—热科学 能量的基本性质—
宏观运动、 有序 有序能 宏观运动、电子运动 ⇒ 运动 无序 无序能 微观分子运动
→ 有序能 有序能 无序能 ← 、有条件 不完全、 不完全
完全 完全、无条件
2、能量之间的转换
→ “量”的多少
能量守恒与转换定律 能量贬值原理
→ “质”的高低
能量守恒与转换定律
自然界一切物体都具有能量， 自然界一切物体都具有能量，能量有 各种不同形式， 各种不同形式，它能从一种形式转化 为另一种形式， 为另一种形式，从一个物体传递给另 一个物体， 一个物体，在转化和传递中能量的总 量恒定不变。 量恒定不变。
2、主要指标
储能密度 储存过程的能量损耗 储存装置的经济性 储能和取能的速率 寿命（重复使用的次数） 寿命（重复使用的次数） 对环境的影响
3、能量的储存途径
机械能储存 电能储存 热能储存
4、机械能的储存
形式： 形式： 机械能能以动能或势能 动能或势能的形式储存 机械能能以动能或势能的形式储存 动能储存 储存： 以动能储存：旋转飞轮 势能储存 弹簧、扭力杆、 重力装置、 储存： 以势能储存：弹簧、扭力杆、 重力装置、 压缩空气储能、 压缩空气储能、 抽水储能 压缩空气：工业中常用的气源， 压缩空气：工业中常用的气源，除了吹 清砂外， 灰、清砂外，还是风动工具和气动控制 系统的动力源。 系统的动力源。
广州从化抽水蓄能电站：大亚湾核电站的配套， 山上、山下垂直高差达530多米，两座水库的 蓄水量达2500万立方米，上、下水库和发电厂 之间有直径达9米的巨大水管
地下厂房
大型电站
广州抽水蓄能电站，装机容量240万kW，当今世 电站，装机容量240
界上装机规模最大的抽水蓄能电站， 界上装机规模最大的抽水蓄能电站，一期全部竣 工仅58个月 个月。 工仅 个月。 浙江天荒坪电站，装机容量180万kW，单级可逆 电站，装机容量180 式水泵水轮机组单机容量300MW 设计水头500m 式水泵水轮机组单机容量300MW，设计水头500m 以上，为世界先进水平。天荒坪平均达79.4% 以上，为世界先进水平。天荒坪平均达79.4%，最 高达80.6%。 高达80.6% 山西西龙池抽水蓄能电站，最大扬程达704m，进 抽水蓄能电站，最大扬程达704m， 入了世界上已投运的单级混流式抽水蓄能机组中 扬程最高； 扬程最高； 北京十三陵电站，装机容量80万kW 十三陵电站，装机容量80 1992年建成的河北潘家口电站，装机容量27万kW 潘家口电站，装机容量27 年建成的
蓄电池
铅酸蓄电池 碱性蓄电池 起动用 牵引车辆用 固定型 其它用 镉 — 镍 铁 — 镍 锌 — 镍 镉 — 银
第三类永动机：做功要以消耗单一热源的 能量为代价，理论上不违反热力学第一定 律；而若要不违反热力学第二定律，即满 足熵增加原理(∆S>0)，则必须使绝对温度 T<0，或者说存在负绝对温度。这就是第三 类永动机的工作环境，也是第二类永动机 与第三类永动机的区别所在 1951年珀塞尔和庞德在实验中成功地证实 了负绝对温度的存在。但负绝对温度存在 所必须的苛刻条件注定了第三类永动机在 实际中根本无法实现。
水力、 水力、风 机械能 潮汐、 力、潮汐、 机械能 海流、 海流、波 浪 光能 光能 光能 光能 光能 光能 电磁波
太阳能
热能 热能 机械能 电能 热能 电能 电能 化学能 生物能 电能
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 机械能 热能
用于电动自行车的金属储氢装置
5、光电转换
光伏 效应
电洞
有单晶硅、 有单晶硅、多晶硅及非晶硅太阳光电池
单晶硅
太阳能光伏发电
小型核电池： 小型核电池：同位素的衰变产生电能
六 能量的储存
1、能量的储存
在机械能、热能、化学能、 在机械能、热能、化学能、 辐射能、电能、 辐射能、电能、核能等六种 主要类型的能量中， 主要类型的能量中，除辐射 能外，都能储存在一些普通 种类的能量形式中。 种类的能量形式中。
5、电能的储存
机械能的形式储存 以机械能的形式储存 化学能的形式储存 以化学能的形式储存 于蓄电池中 电能的形式储存在 以电能的形式储存在 静电场和感应电场中
蓄电池
利用电化学原理
充电：电能 → 化学能 充电：
可逆吸热反应
放电： 放电：化学能 放热的化学反应→电能
首个成型第二类永动机装置： 年美国人约 首个成型第二类永动机装置：1881年美国人约 年美国人 嘎姆吉为美国海军设计的零发动机， 翰·嘎姆吉为美国海军设计的零发动机，利用海水 嘎姆吉为美国海军设计的零发动机 的热量将液氨汽化，推动机械运转。 的热量将液氨汽化，推动机械运转。无法持续运 转，因为汽化后的液氨在没有低温热源存在的条 件下无法重新液化，因而不能完成循环。 件下无法重新液化，因而不能完成循环。
2、热机转换
热机效率： 热机效率：卡诺效率 内燃机： 内燃机： ——往复运动热机 燃 燃气轮机： 燃气轮机： 料 ——外燃式热机 蒸汽轮机 ——将蒸汽热能转换
为机械功的热机 空气
燃烧室 发电机 废气
3、电机转换
同步电动机 交流电动机 异步电动机
串励式 直流电动机 并励式 复励式
山西西龙池抽水蓄能电站： 山西西龙池抽水蓄能电站： 额定水头624m，上水库 额定水头 ，上水库1492.5m，下水库正常 ， 蓄水位838m 蓄水位
中型电站
江苏 浙江 安徽 湖北 西藏
将建电站
山东泰安电站，装机容量100 山东泰安电站，装机容量100万kW 泰安电站 浙江桐柏电站 装机容量120 桐柏电站， 浙江桐柏电站，装机容量120万kW 江苏宜兴电站 装机容量100 宜兴电站， 江苏宜兴电站，装机容量100万kW 河北张河湾电站 装机容量100 张河湾电站， 河北张河湾电站，装机容量100万kW 安徽琅琊山电站 装机容量60 琅琊山电站， 安徽琅琊山电站，装机容量60万kW
二、能量转换的主要燃料
1、能量转换的主要燃料
燃料：通过燃烧过程而将化学能转换为
热能的物质。 热能的物质。 所有化石燃料 化石燃料及由化石燃料加工而成的 所有化石燃料及由化石燃料加工而成的 其它含能体； 其它含能体； 所有生物燃料 生物燃料以及由生物燃料加工而成 所有生物燃料以及由生物燃料加工而成 的含能体。 的含能体。
4、第二类永动机的例子
第二类永动机：把能够从单一热源取热， 第二类永动机：把能够从单一热源取热，使之完全变 为功而不引起其它变化的机器。 为功而不引起其它变化的机器。并不违反热力学第一 定律。 100％，而且可以利用大气、 定律。热效率100％，而且可以利用大气、海洋和地 壳作热源。 壳作热源。 以海洋为热源， 的海水， 6.88× 以海洋为热源，共有6.88×1020t的海水，海水的温度 的热量， 2.88× 下降1℃，可放出2.88×1024KJ的热量，约 .8× 标准煤， 合.8×1016t标准煤，相当于目前全世界每年能耗的10 万倍。
2、能量转换过程及转换设备或系统
能源
石油、 石油、煤 炭、天然 气等矿物 燃料
能源形态转换过程
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、 炉子、燃烧器 各种热力发动机 热机、发电机， 电能 热机、发电机，磁流体 发电，EGD发电 发电（ 发电，EGD发电（压电 效应） 效应） 热力发电， 热力发电，热电子发电 燃料电池
燃料电池、蓄电池 燃料电池、蓄电池
磁流体发电技术（等离子体发电技术）：燃料（石油、天然气、燃 煤、核能等）直接加热成易于电离的气体---在2000℃的高温下电离 成导电的离子流---在磁场中高速流动时，切割磁力线，产生感应电 动势。由热能直接转换成电流，由于无需经过机械转换环节，所以 称之为“直接发电”。。
能量贬值原理
一个封闭系统中的任何自发 一个封闭系统中的任何自发 性变化， 性变化，都必然朝着能量贬值 熵增）的方向发展， （熵增）的方向发展，而最后 的平衡状态，则对应于熵的最 的平衡状态， 大可能值。能量有品位。 大可能值。能量有品位。
3、热力学第二定律
克劳修斯说法： 克劳修斯说法：“不可能把热量从低温物体 传到高温物体而不引起其它变化。 传到高温物体而不引起其它变化。” 开尔文说法： 开尔文说法：“不可能从单一热源吸取热量 使之完全转变成功而不产生其它影响。 使之完全转变成功而不产生其它影响。” 能量转换过程的方向 条件及限度。 方向、 能量转换过程的方向、条件及限度。有限势 温差、浓度差等) 差(温差、浓度差等)，自发过程总是朝着消 除势差的方向进行。 除势差的方向进行。 所谓提高能量的有效利用， 所谓提高能量的有效利用，其实质就在于防 止和减少能量贬值发生。 止和减少能量贬值发生。
励磁绕组与电枢绕组并联、 励磁绕组与电枢绕组并联、串联或多个
五 电能的生产
1、电能的生产
化学能 → 太阳能电池 太阳能电池 辐射能 → 电能 核电池 核电池 核能 → 磁流体发电、热电偶温差 磁流体发电、 热能 →
转换机械或系统
核能
核发电， 电能 核发电，磁流体发电 核能炼钢 热力发电， 热力发电，热电子发电 光电池 电能 核聚变发电
激光） 光（激光） 热能 热能 聚变
三、热能的产生
1、热能产生的途径
燃料燃烧 核能转换 太阳能转换 地热 电能转换
2、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