10 能量守恒定律与能源
电站有一个高塔，塔顶上装有锅炉，塔的周围装有平面反射镜，它把阳光反射后集中在锅炉上，把锅炉内的工作物质水加热成高温高压蒸汽。高温高压蒸汽通过管道输送到汽轮发电机。
塔式太阳能热电站
太阳能
内能
机械能
电能
雷电是大气中的一种放电现象。雷雨云在形成过程中，一部分积聚起正电荷，另一部分积聚起负电荷，当这些电荷积聚到一定程度时，就产生放电现象。
打雷放电时间极短，但电流异常强大。放电时产生的强光，就是闪电。闪电时释放出的大量热能，能使局部空气温度瞬间升高１万 —2万摄氏度。
雷电
电能 光能、 声能、 内能
光合作用
光能 化学能
在一定条件下，系统内的动能和势能相互转化，但其和保持不变，即服从机械能守恒定律。
当其它形式的能量如电能、内能、化学能、光能等参与转化时，是否服从类似的规律呢？
思考
：
一 1（1）能量的转化

电动机 电能 机械能
发电机 机械能 电能
一 1（1）能量的转化
焦耳定律Q=I Rt
电能 内能
2
电能 光能 、内能
一 1（1）能量的转化
化学能 内能 机械能
水能（动能、重力势能）
电能
一 1（1）能量的转化
水果电池
化学能 电能
机械能 内能
一 1 （1）能量的转移
刚煮好的鸡蛋放入凉水中
内能：鸡蛋 凉水
动能：风 帆船
一 1（2）什么是永动机
蒸汽机消耗煤炭，内燃机消耗汽油或柴油，电动机消耗电力，有没有一种机器，它不消耗任何燃料或动力，却可以不停地运转，源源不断的对外做功呢？这种机器被称为永动机。
据说很久很久以前，在印度有一个被地主压迫的可怜人， 他每天被迫干好多活，终于有一天， 这个可怜的年轻人厌倦了这种生活，他就想 ：有没有一种机器可以代替我干活呢? 它只干活不休息，也不需要什么能量 ，要是有的话就太好了 据说这个就是最早的关于永动机的想法 。这个思想的火 花在1200年前从印度出发， 传到了伊斯兰教世界， 并传到了西方。
大约在1570年，意大利有一位教授叫泰斯尼尔斯，提出用磁石的吸力可以实现永动机。他的设计如图所示，A是一个磁石，铁球C受磁石吸引可沿斜面滚上去，滚到上端的E处，从小洞B落下，经曲面BFC返回，复又被磁石吸引，铁球就可以沿螺旋途径连续运动下去。
一 1（2）永动机的梦想
一 1（2）永动机的梦想
上世纪20年代德国的一张明信片,拿爱因斯坦开玩笑，想想看这个永动机为什么不行？
一 1（2）永动机梦想的破灭
此外，人们还提出过利用轮子的惯性、细管子的毛细作用、 电磁力、流水等获得有效动力的种种永动机设计方案，但都无一例外地失败了

层出不穷的永动机设计方案，都在科学的严格审查和实践的无情检验下一一失败了。1775年，法国科学院宣布“本科学院以后不再审查有关永动机的一切设计”。
一 1（2）永动机的启示
制造永动机的美好梦想虽然破灭了，但是，反思这一失败的探索过程，它从反面给人类以启迪：永动机不可能制成，是不是说明自然界存在着一条法则，它使我们不可能无中生有地获得能量？也就是说自然界各种能量之间存在着一定的转化关系。
迈尔在1814年11月25日生于德国。他的父亲是位药剂师。少年时代的迈尔，经常跟着父亲去看制作各种药品的试验。1838年，迈尔在蒂宾根大学获得学位。25岁的迈尔正式在汉堡开业行医。
一 2. 能量守恒定律的建立过程 迈尔
1840到1841年初，迈尔在一艘海轮上当了几个月的随船医生。这段旅程成为了他在物理学上作出成就、从医学的途径得出能量守恒的结论的起点。
迈尔(1814－1878)
1840年2月22日，迈尔跟着船队来到印度尼西亚，当时很多船员患了肺炎，在医治中迈尔发现他们的静脉血不像生活在温带国家中的人的静脉血那样颜色暗淡，而是像动脉血那样新鲜。这一现象引起了迈尔的深思。迈尔认为人的血液之所以是红的是因为里面含有氧，而食物中含有化学能，被氧化时像机械能一样可以转化为热，维持人的体温。在热带高温情况下，人要维持体温，机体只需要吸收较少的热量，所以机体中食物的燃烧过程减弱了，因此静脉血中留下了较多的氧。迈尔认为， 热能、化学能、机械能都是等价的，而且是可以相互转化的。1842年迈尔从“无不生有，有不变无”和“原因等于结果”的观念出发，表述了物理、化学过程中各种力(能)的转化和守恒的思想。迈尔是历史上第一个提出能量守恒定律的人。
一 2. 能量守恒定律的建立过程 焦耳
英国物理学家。1818年12月24日生于索尔福。他父亲是酿酒厂的厂主。焦耳从小体弱不能上学，在家跟父亲学酿酒，并利用空闲时间自学化学、物理。他很喜欢电学和磁学，对实验特别感兴趣。后来成为英国曼彻斯特的一位酿酒师和业余科学家。
焦耳（1818－1889）
1840年，他发现将通电的金属丝放入水中，水会发热，通过精密的测试，焦耳发现了电热之间的关系－焦耳定律。
焦耳从1840－1878年近40年的时间里，研究了电流的热效应，研究了空气压缩时温度的升高，以及化学，机械作用之间的联系，他做了400多次实验，为能量守恒定律的确立奠定了坚实的实验基础。
亥姆霍兹（1821—1894），德国物理学家和生理学家。1821年10月31日生于柏林波茨坦的一个中学教师家庭。中学毕业后在军队服役8年，取得公费进入在柏林的皇家医学科学院，并柏林大学旁听。1842年获医学博士学位后，被任命为波茨坦驻军军医。
1847年他在新成立的德国物理学会发表了著名的“关于能量的守恒”的讲演，第一次用数学方式系统地阐述了能量守恒原理 。
一 2. 能量守恒定律的建立过程 亥姆霍兹
一 3 能量守恒定律的内容
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别的形式，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 。

某种形式的能减少，一定有其他形式的能量增加，且减少量和增加量一定相等．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。
一 4 能量守恒定律的意义
能量守恒定律同生物进化论、细胞的发现被恩格斯誉为19世纪的三个最伟大的科学发现。
能量守恒定律是在无数实验事实的基础上建立起来的，是自然科学的普遍规律之一。
自然界一切已经实现的过程都遵守能量守恒定律。凡是违反能量守恒定律的过程都是不可能实现的，例如“永动机”只能以失败而告终。
机械能守恒定律只是能量守恒定律的特例。
练习
在夏季的时候，假如打开冰箱门来使房间温度降低，是否可行？为什么？

不可行。冰箱工作时要消耗电能，而这些电能最终转化为房间的内能，所以房间的温度不降反升。
能源的分类
能源：凡是能够提供可利用能量的物质统称为能源
能源可分为常规能源和新能源两类
常规能源：煤、石油和天然气等
新能源
太阳能
新能源
风能 新疆达坂 风力发电厂
新能源
水能 三峡水电站
新能源
核能 深圳大亚湾核电站
二 2 人类对能源的利用经过了三个时期
煤炭时期
出现年代：2000年前
蒸汽机的广泛使用，带动了工业革命和资本主义社会的成长。
二 2 人类对能源的利用经过了三个时期
石油时期 出现年代：19世纪80年代
内燃机的发展推动了19世纪末，20世纪初开始的机械化和电气化进程。
21世纪人类正由“石油能源时代逐步向多能源时代”过渡
二 2 人类对能源的利用经过了三个时期
能量耗散
燃料燃烧时一旦把自己的热量释放出去，它就不会再次自动聚集起来供人类重新利用，电池中的化学能转化为电能，它又通过灯泡转化成内能和光能，热和光被其他物质吸收后变为周围环境的内能，我们无法把这些内能收集起来重新利用．这种现象叫做能量的耗散．
能量耗散与能量守恒是否矛盾，该怎样理解?
能量耗散
能量耗散和能量守恒并不矛盾，能量耗散表明，在能源利用的过程中，即在能量的转化过程中，能量在数量上并没有减少．但是可利用的品质上降低了，从便于利用变为不便于利用了。这是节约能源的根本原因．
这说明能量的耗散从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程的方向性．
能量转化和转移的方向性
内能总是自发地从高温物体向低温物体转移
而不会自发的由低温物体向高温物体转移
能量转化和转移的方向性
机械能可以全部转化为内能
而内能不可全部转化为机械能而不引起其他变化
热机的效率不可能1000/0（第二类永动机不可能存在）
例如：一辆行驶的小轿车，燃料燃烧产生的内能有370/0通过发动机散热系统排出，370/0直接由排气管排出，有260/0变为发动机输出的机械能
能量的耗散从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程的方向性。
正是因为能量转化的方向性，能量的利用受这种方向性的制约，所以能量的利用是有条件的，也是有代价的．
通过以上分析我们知道了：
1. WG= E重
3. W合= E动
2. W弹= E弹
4. 其它力做的功（重力、弹力以外的力）与机械能的变化之间的关系：
力学领域中功能关系的主要形式有
功能关系｜｜功能原理
除了重力和弹力外，其他力对物体系所做的功等于物体系机械能的变化
当W其＞0时，△E＞0，机械能增加
当W其＜0时，△E＜0，机械能减少
5.系统克服摩擦力所做的总功等于系统机械能的减少量，滑动摩擦力与相对距离的乘积在数值上等于系统产生的内能，即△E 内=Q＝FS相