能量的轉(zhuǎn)換

第一章　有趣的物理

第二章　力學(xué)

第三章　聲學(xué)

第四章　熱學(xué)

第五章　光學(xué)

第六章　電和磁

第七章　物理學(xué)的應(yīng)用

第八章　物理學(xué)的重大發(fā)明和發(fā)現(xiàn)

第九章　物理學(xué)巨匠2100433B

天空出現(xiàn)的彩虹?？偸亲屛覀兣d奮不已，彩虹是怎樣形成的，蘋果砸到了牛頓的頭上，他就發(fā)現(xiàn)了萬有引力，科學(xué)家的發(fā)現(xiàn)是偶然嗎？《物理》一書展現(xiàn)了發(fā)生在你身邊，但是你不理解的神奇的物理現(xiàn)象！

《能量的轉(zhuǎn)換(物理)》取材新穎，內(nèi)容豐富、翔實，并配有大鼙精美圖畫，在保證系統(tǒng)性和知識性的同時，注重理論與實踐結(jié)合，作為廣大青少年的課外讀物，深入淺出、通俗易懂，具有科普讀物的可讀性和趣味性。

不同形式的能量間通常能透過工具的輔助而彼此轉(zhuǎn)換，例如電池能把化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能；水壩能把重力位能轉(zhuǎn)換成動能并最終透過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換成電能。相同的，在氧化反應(yīng)的例子里，化學(xué)能轉(zhuǎn)換成動能和熱能(有時包括光能和聲能)。鐘擺也是一例。鐘擺在最高點的動能為零而重力位能為最大值，但是在最低點的動能為最大值而重力位能為最小。假設(shè)鐘擺機(jī)件間沒有任何摩擦力，則能量之間的轉(zhuǎn)換是完美的，所以鐘擺將永遠(yuǎn)擺蕩下去。

能量成型控制可逆和不可逆的轉(zhuǎn)換

將能量轉(zhuǎn)換成有用的功是熱力學(xué)的重要課題。在大自然界里，能量的轉(zhuǎn)換可以分成兩類：可逆的與不可逆的?？赡娴臒崃W(xué)過程不會有能量的損耗。例如，不同位能形式之間的轉(zhuǎn)換是可逆的，例如前文所提到的鐘擺運(yùn)動。而當(dāng)一個過程中有熱產(chǎn)生的時候，一部分的能量將不能完全恢復(fù)成可利用的能量，此時便歸類不可逆。

能量成型控制能量轉(zhuǎn)換和宇宙的年齡

隨著宇宙的演化，越來越多的能量被困在不可逆的狀態(tài)里（如熱或其他無序的能量形式），這就是熱寂理論。熱寂理論是猜想宇宙最終命運(yùn)的一種假說。根據(jù)熱力學(xué)第二定律，作為一個獨立系統(tǒng)，宇宙的熵會隨著時間的流逝而增加，由有序走向無序，當(dāng)宇宙的熵達(dá)到最大值時，宇宙中的其他有效能量已經(jīng)全數(shù)轉(zhuǎn)化為熱能，所有物質(zhì)溫度達(dá)到熱平衡。這種狀態(tài)稱為熱寂。這樣的宇宙中再也沒有任何可以維持運(yùn)動或是生命的能量存在。

01

緒論

讓學(xué)生理解本課程在學(xué)生知識架構(gòu)中的位置，明白無論是常規(guī)能源還是新能源利用，都是在能量的轉(zhuǎn)換過程中被利用的，每一能量利用環(huán)節(jié)，能量損失的原因是什么？有無改進(jìn)的潛力，通過本課程的學(xué)習(xí)，同學(xué)們應(yīng)該能夠找到答案。由于本課程主要是利用工程熱力學(xué)基本知識實現(xiàn)對能量利用系統(tǒng)的分析，因此在緒論中對熱力學(xué)幾個基本概念予以復(fù)習(xí)，強(qiáng)化。

課時

1.1 本課程在學(xué)生知識架構(gòu)中的位置；

1.2 能量與能源；

1.3能源的分類

1.4 能源的利用過程（包括常規(guī)能源和新能源）

1.5 熱力學(xué)的幾個基本概念（內(nèi)能、焓、熵、平衡與過程，等）

02

?分析基礎(chǔ)

要求學(xué)生掌握能量（過程量與狀態(tài)量）?分析計算方法，過程量包括通過系統(tǒng)邊界傳遞的熱量及做的功，對過程量?的計算，需要學(xué)生掌握熱量?、冷量?、開口系統(tǒng)焓（焓?）的計算方法及求解過程，對于狀態(tài)量?包括物理?和化學(xué)?，需要學(xué)生掌握顯熱溫度?、潛熱的焓?、水及水蒸氣?，燃料化學(xué)?的計算，理解混合?和擴(kuò)散?。在?計算的基礎(chǔ)上，通過?平衡分析，確定能量利用過程的?損失，求得?效率。通過鍋爐系統(tǒng)的?效率和熱效率分析比較，確定影響鍋爐?損失的關(guān)鍵因素，理解?分析的意義。

課時

2.1 ?定義

2.2 熱量?

2.3 開口體系工質(zhì)?

2.4 物理?

2.4.1 溫度?

2.4.2 水及水蒸氣?

2.4.3 壓力?

2.5 化學(xué)?

2.5.1 化學(xué)?定義

2.5.2 基準(zhǔn)物選取

2.5.3 化學(xué)反應(yīng)?

2.5.4 擴(kuò)散?

2.5.5 燃料化學(xué)?

2.5.6 化學(xué)?舉例

2.6 ?平衡

2.6.1 ?平衡表達(dá)式

2.6.2 流動過程?平衡

2.6.3 混合過程?平衡

2.6.4 分離過程?平衡

2.7 ?損失計算

2.7.1 燃燒?損失

2.7.2 傳熱?損失

2.7.3 散熱?損失

2.7.4 燃燒產(chǎn)物帶走?損失

2.8 ?分析與效率

2.9 ?分析舉例

2.10 ?分析的意義

03

實際應(yīng)用中的?分析

本章主要介紹?分析的實際應(yīng)用，以實際朗肯循環(huán)為例，讓學(xué)生理解?分析的方法及?損失計算，判斷系統(tǒng)能量利用過程中?損失的關(guān)鍵部位及減少?損失的方法與策略；理解燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)熱效率分析方法；掌握熱電聯(lián)產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性分析方法及節(jié)能效果。

課時

3.1 蒸汽動力循環(huán)?分析

3.1.1 朗肯循環(huán)?分析

3.1.2 提高蒸汽動力循環(huán)的途徑

3.2 燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)

3.3 熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)分析

3.4 中低溫余熱動力回收系統(tǒng)的熱力分析

04

工業(yè)企業(yè)中的熱能利用

要求學(xué)生掌握企業(yè)能量消耗統(tǒng)計方法、企業(yè)能量平衡計算方法，企業(yè)能源消耗指標(biāo)及其計算方法，了解余能資源回收利用途徑及利用方法。

課時

4.1 企業(yè)能量平衡

4.1.1 企業(yè)能源消耗的計量與統(tǒng)計

4.1.2 企業(yè)能量平衡關(guān)系

4.1.3企業(yè)能量平衡體系模型

4.1.4 企業(yè)能源消耗指標(biāo)

4.1.5 企業(yè)能源利用效率

4.1.6 企業(yè)能源平衡結(jié)果分析

4.2 企業(yè)能量平衡及計算模型

4.2.1 余熱資源及其質(zhì)量

4.2.2 余熱資源利用途徑

4.3 余能資源回收利用途徑

4.3.1 工業(yè)爐煙氣余熱回收量

4.3.2. 余熱回收系統(tǒng)

4.3.3. 預(yù)熱器回收系統(tǒng)分析

4.3.4 余熱鍋爐蒸汽利用系統(tǒng)分析

4.3.5 舉例分析

4.4 本章小結(jié)

1、蒸汽動力裝置

鍋爐—產(chǎn)生蒸汽（將燃料的化學(xué)轉(zhuǎn)換為熱能并傳遞

蒸汽動力裝置給工質(zhì)）汽輪機(jī)—將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)

械能。冷凝器—將乏汽冷凝成水。水泵—使得工作介質(zhì)循環(huán)（保證系統(tǒng)內(nèi)部的高壓）。工質(zhì)（水、蒸

汽）周而復(fù)始地循環(huán)，進(jìn)而實現(xiàn)將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的任務(wù) 2、內(nèi)燃機(jī)

按燃料劃分，內(nèi)燃機(jī)可分為柴油機(jī)和汽油機(jī)，從熱力學(xué)的觀點看，其工作過程是相同的，先以柴油機(jī)為例說明能量直接轉(zhuǎn)換裝置其工作過程。進(jìn)氣過程：進(jìn)氣閥開，排氣閥關(guān)，活塞下行，將空氣吸入氣缸。壓縮過程：進(jìn)、排氣門關(guān)，活塞上行壓縮空氣，使其溫度和壓力得以升高。燃燒過程：噴油嘴噴油，燃料燃燒，氣體壓力和溫度急劇升高（燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為熱能）。膨脹過程：高溫高壓氣體推動活塞下行，曲軸向外輸出機(jī)械功。排氣過程：活塞接近下死點時，排氣門開，在壓差的作用下廢氣流出氣缸。隨后，活塞上行，將殘余氣體推出氣缸。重復(fù)上述過程，將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能