能源為我們的生產、生活提供了大量的能量,與整個國民經濟的發(fā)展息息相關。作為人類活動的物質基礎,能源的有效開發(fā)和利用可以說是全世界、全人類共同關心的重要命題。本書針對青少年讀者設計,圖文并茂地介紹了什么是能源、為我們服務的常規(guī)能源、新能源帶來的能源革命、節(jié)能與可持續(xù)利用、對能源的思考五方面內容。通過本書,讀者可以重新認識能源的“革命”過程。
《指尖上的探索》編委會,是專為本套叢書組建的專家委員會,特聘戚發(fā)軔院士、劉嘉麒院士、朱永新教授、俸培宗教授擔任顧問,胡志強(博士生導師)任編委會主任,邀請了各行業(yè)專業(yè)人士擔任編委,成就了本套叢書的廣泛影響力。
我們每天都需要吃一些食物,為我們的身體提供能量,好延續(xù)我們的生命并從事各種活動。那些被我們吃下去的米面、蔬菜瓜果等等,都來源于植物。雖然它們外形各異、口味各異,但從本質上來講,都是存儲我們需要的能量的載體。而真正提供能量的是太陽。有了陽光,植物進行光合作用,從而將無機物轉化成有機物并存儲能量。而那提供能量的源頭——太陽,便是一種能源。能源就是能量的來源。
當然,能源并不是只有太陽這一種,在這一部分,就讓我們來看看到底什么是能源以及能源相關的基礎知識。
1.什么是能量?
在我們認識能源之前,先來了解一下“能量”。我們跑步需要動能;我們想要燈亮時,需要電能;如果我們還想要長得更高一些,就需要吸收更多食物中的營養(yǎng)物質釋放出的能量。能量是人們賴以生存和進行生命活動的基礎,是保持人類萬物生生不息繁衍前進的源泉,也是維持整個大自然變化平衡的守護者。那么,在整個宇宙都如此重要的能量,在物理學上的定義又是什么呢?
事實上,世界所有的事物都是在不斷地運動著的,它們能夠維持運動狀態(tài)的原因是它們消耗了一定的“能量”,簡稱“能”。例如:汽車在奔馳時消耗著動能,電燈亮著消耗了電能。正是這些能量的耗費,才讓我們的世界亮麗起來,更顯出多姿多彩。而且,當兩種物體的運動方式不一樣時,我們也可以根據(jù)它們耗費能量的多少,比較它們所作出的貢獻。
既然能量這么神奇,那它是不是萬能的呢?其實,能量是一個非常慷慨又非常自私的家伙。雖然它無私地奉獻了自己,為整個人類乃至世界造福,但是,不同的能量卻不能共存。兩種或多種不同性質的能量,是不會相互協(xié)調、共同進步的,如果它們相遇,能量之間就會自動地進行轉化、分解。例如:汽車在行駛中,石油的化學能就會自動轉化為奔馳的動能,轉化不了的也會自動分解掉。這就是能量的“自私”。
2.能量都有哪些形式?
我們曾經說過:不同的能量之間是不能共存的,能量之間會轉化、分解掉。那么能量和能量之間也有區(qū)別嗎?能量又有多少不同的種類呢?其實,有多少種不同的運動形式,就會有多少種不同形式的能量。
地球上的能量大部分都來源于太陽。按照不同的形式,能量主要可以分為機械能、電磁能、內能、化學能以及核能。其中,機械能就是物體進行機械運動時的能量,它是動能和勢能的總和,也就是物體的運動和高度的變化所產生的能量形式。電磁能就是電磁場所具有的能量,是電場能和磁場能的總和。外部的運動會產生能量,物體內部也會有微小的肉眼看不到的分子在運動,這些分子所具有的動能及勢能的總和就是內能。還有化學能,它就是化學反應時所釋放的能量。而核能一種新型的能源,則是利用了原子的核心裂變或聚變產生的能量。這些不同的形式的能量,雖然表現(xiàn)各異,但是它們之間相互轉化,共同構成了能量的世界。
盡管能量有多種不同的形式,但它們之間能夠相互轉化,這就表明了不同形式的能量在本質上是一樣的,也就反映了物質的運動雖然形式不一樣,但它們有內在統(tǒng)一的度量方式。
3.能源是什么?
能源,在《科學技術百科全書》中的定義為:能源是可從其本身獲得熱、光和動力之類能量的資源。而在《大英百科全書》上又將其定義為:能源是一個包括所有燃料、流水、陽光和風的術語,人類用適當?shù)霓D換手段便可讓它為自己提供所需的能量。能源在不同的百科全書上有著不同的定義,目前就有差不多20種關于能源的定義。但是,仔細分析這些定義,我們可以發(fā)現(xiàn):無論在哪一種定義里,能源似乎都是一個可以向我們提供能量的東西,那么能源到底是什么呢?就讓我們一起來探究一下。
其實,能源非常簡單,它就是大自然無私奉獻給我們的,能為我們提供某種形式能量的物質資源,所以,又被我們稱為“能量資源”。例如:煤炭、石油、天然氣、太陽能、水能和風能等,都是我們可以利用的能源。它們雖然“相貌”不同,但都可以為我們的生產和生活提供不同形式的動力,可以產生巨大的能量。有效的利用它們,可以方便我們社會生活的方方面面。在這些不同類別的能源里,有的我們可以將其轉化成需要的能源直接使用,而有些我們需要加工一下才能轉化為我們想要的能源。
不同的能源可以提供不同形式的能量,它們都是產生能量的源泉,所以能源的形態(tài)也是多種多樣的。例如:煤炭燃燒就可以為我們提供熱能,而長相不同于煤炭的石油,燃燒就可以為我們提供動能?梢,能源是一種物質,卻可以呈現(xiàn)出多種不一樣的形式。
……