第一章(能量与能源)

第二节来自百度文库能源的分类与评价
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
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。
T—绝对温度
Eq TdS S—熵
电能
• 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：
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。
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。
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：
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
• 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。
• 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。
能源概论
第一章 能量与能源
任课教师：周文铸
zwz.306@163.com
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。
• 科学史观认为，世界是由物质构成的， 没有物质，世界便虚无飘渺；运动是物 质存在的方式，是物质固有的属性，能 量则是物质运动的度量。
• 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。
• 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。