18.3 太陽能,新石器時代原始先民在巖石上所刻的太陽圖像,太陽很神奇也很神秘。太陽很遠，它距離地球約1.5108km；太陽很大，它的直徑約是地球的109倍，體積是地球的130萬倍，質量約是地球的33萬倍；太陽很熱，它的表面的溫度約為6000，內部核心溫度高達1.5107（1 500萬。,認識太陽內部結構,從內到外依次是：太陽核心、輻射層、對流層、太陽大氣,一、太陽巨大的核能火爐,在太陽內部，氫原子核在超高溫下發生聚變，釋放出巨大的核能。太陽核心每時每刻都在發生氫彈爆炸，大部分太陽能以熱和光的形式向四周輻射開去。太陽就像一個巨大的“核能火爐”。,一、太陽巨大的核能火爐,太陽這個巨大的“核能火爐”已經“燃燒”了近50億年，再過50億年才能燃盡自己的核燃料。,一、太陽巨大的核能火爐,太陽中蘊藏著無比巨大的能量。據估計，太陽每幾天向地球輻射的能量，就相當于地球上蘊藏的所有化石燃料所具有的化學能的總和。 同時，由于太陽能（ salor energy）分布廣闊、獲取方便、不會造成環境污染，所以太陽能是人類未來的理想能源之一。,一、太陽巨大的核能火爐,迄今為止，我們的太陽了解得還不夠，還無法直接探測太陽內部的情況，因此還有很多奧秘等待我們去探究。,一、太陽巨大的核能火爐,二、地球上的能源,風能（wind energy） 風能，空氣流動所產生的動能。太陽能的一種轉化形式。由于太陽輻射造成地球表面各部分受熱不均勻，引起大氣層中壓力分布不平衡，在水平氣壓梯度的作用下，空氣沿水平方向運動形成風。風能資源的總儲量非常巨大，一年中技術可開發的能量約5.31013千瓦時。風能是可再生的清潔能源，儲量大、分布廣，但它的能量密度低，只有水能的1/800，并且不穩定。在一定的技術條件下，風能可作為一種重要的能源得到開發利用，通過風力機將風的動能轉化成機械能、電能和熱能等。,二、地球上的能源,地熱能（Geothermal Energy） 地熱能是由地殼抽取的天然熱能，這種能量來自地球內部的熔巖，并以熱力形式存在，是引致火山爆發及地震的能量。 地球內部的溫度高達7000，而在80至100公英里的深度處，溫度會降至650至1200。透過地下水的流動和熔巖涌至離地面1至5公里的地殼，熱力得以被轉送至較接近地面的地方。高溫的熔巖將附近的地下水加熱，這些加熱了的水最終會滲出地面。運用地熱能最簡單和最合乎成本效益的方法，就是直接取用這些熱源，并抽取其能量。,二、地球上的能源,潮汐能（tide energy） 因月球引力的變化引起潮汐現象，潮汐導致海水平面周期性地升降，因海水漲落及潮水流動所產生的能量稱為潮汐能。 其水位差表現為勢能，其潮流的速度表現為動能。這兩種能量都可以利用，是一種可再生能源。由于在海水的各種運動中潮汐最守信，最具規律性，又漲落于岸邊，也最早為人們所認識和利用，在各種海洋能的利用中，潮汐能的利用是最成熟的。,二、地球上的能源,生物質能（biomass energy） 生物質能是自然界中有生命的植物提供的能量。這些植物以生物質作為媒介儲存太陽能。屬再生能源。據計算，生物質儲存的能量為270億千瓦，比目前世界能源消費總量大2倍。人類歷史上最早使用的能源是生物質能。19世紀后半期以前，人類利用的能源以薪柴為主。當前較為有效地利用生物質能的方式有： (1) 制取沼氣。主要是利用城鄉有機垃圾、秸稈、水、人畜糞便，通過厭氧消化產生可燃氣體甲烷，供生活、生產之用。(2) 利用生物質制取酒精。當前的世界能源結構中，生物質能所占比重微乎其微。,二、地球上的能源,思考與討論：,二、地球上的能源,1.在風能、地熱能、潮汐能、生物質能、核能等幾種能源中，哪些能源來自太陽？,風能、生物質能來自于太陽,2.哪些是可再生能源，哪些是不可再生能源？,核能是不可再生能源；,風能、地熱能、潮汐能、生物質能是可再生能源；,思考與討論：,二、地球上的能源,3.哪些能源在應用時會產生污染？,生物質能、核能、化石能源,4.你知道能源獲取和使用的大致情況嗎？說明其中所涉及的能量轉化過程。,據粗略估計，太陽向地球表面輻射的功率為1.71017W，相當于12000億噸標準煤釋放的能量。,1、太陽能十分巨大,三、太陽能的優點,太陽能會不會用完呢？根據科學家推算，太陽像現在這樣不停地向外輻射能量，還可以維持50億年以上，對于人類來說，太陽能可以說是一種取之不盡，用之不竭的永久性能源.,2、太陽能供應時間長久,三、太陽能的優點,只要太陽能照到的地方，就有太陽能，不用專門去尋找；只要用東西接收就行了，不需要挖掘開采。,3、太陽能分布廣闊，獲取方便,三、太陽能的優點,太陽能是最干凈的能源，開發、利用太陽能不會給我們帶來污染,4、使用太陽能安全、不污染環境,三、太陽能的優點,人們常說，太陽是人類的“能源之母”。從廣義的角度看，太陽能不僅包括直接輻射到地球表面的太陽能，而且還包括由它所引起的水能、風能、生物質能等。現在廣泛開采并使用的石油、天然氣和煤等化石能源也都來自于太陽。可以說，地球上除了核能、地熱能和潮汐能以外，幾乎所有能源都來自于太陽。,四、太陽能的應用,1、光熱轉換把太陽能轉化成內能以供利用,例如蔬菜大棚、太陽爐、太陽能熱水器等裝置，把太陽能轉化成內能來做飯、燒水等等，也可用集熱器把水加熱，產生水蒸氣，再推動汽輪發電機發電。,四、太陽能的應用,1、光熱轉換把太陽能轉化成內能以供利用,四、太陽能的應用,2、光化轉換把太陽能轉化成化學能,萬物生長靠太陽。綠色植物利用太陽光進行光合作用促使植物生長，從而將太陽能轉化為化學能。,四、太陽能的應用,2、光化轉換把太陽能轉化成化學能,四、太陽能的應用,3、光電轉換通過光電轉換裝置把太陽能轉化成電能,太陽能電池的應用已很廣泛，像人造衛星上的電源、太陽能汽車上的電源，小型電視機、計算器上的電源，城市道路路燈的電源等等都可用太陽能電池。,四、太陽能的應用,3、光電轉換通過光電轉換裝置把太陽能轉化成電能,四、太陽能的應用,3、光電轉換通過光電轉換裝置把太陽能轉化成電能,四、太陽能的應用,3、光電轉換通過光電轉換裝置把太陽能轉化成電能,四、太陽能的應用,英國第一艘利用太陽能驅動引擎的船,太陽能船的內部景觀,利用太陽能的三種方式 1、通過光熱轉換，把太陽能轉化為內能； 2、通過光電轉換，把太陽能轉化為電能； 3、通過光化轉換，把太陽能轉化為化學能。,三種利用太陽能的方式,內能,電能,化學能,結束語： 要大規模地直接利用太陽能還要做大量的研究工作，現在已取得一定成果，只要不斷努力，必將會不斷有新的進展，隨著科學技術的進步，應用也將越來越廣泛有人預言，本世紀，太陽能將會成為人類的重要能源之一,例1太陽中蘊藏著無比巨大的能量，下列說法正確的是() A太陽能是不可再生能源 B太陽能的應用會嚴重污染環境 C太陽能的應用具有廣闊前景 D太陽能不能轉化成電能,C,例2如圖所示是某學生設計的一款不夜燈，它的一側是太陽能電池板，另一側高效節能的LED燈關于小夜燈中所應用的物理知識，下列說法正確的是（ ） A太陽能電池板主要是靠白天接受陽光的照射而獲得能量 B太陽能電池板將電能轉化為內能 CLED燈是由電阻很小的銅質材料制成的 DLED燈不發光時也有電流通過,A,例3人類利用太陽能的實質，是將太陽能轉化為其他形式的能量如圖所示畫出了太陽能三種轉化的方框圖，其中橢圓表示轉化的裝置或物體，菱形表示太陽能所轉化的另一種能量形式則按順序填空 、 、 。,太陽能電池,綠色植物,內能,例4綠色植物通過光合作用，可以將太陽能轉化為能資料顯示，在地球上陽光充足的地方，1m2的面積每年獲得的太陽能可達4.2109J這些能量相當于kg焦炭完全燃燒放出的熱量（焦炭的熱值為3.0107J/kg）,化學,已知條件：,E=4.2109J，,q=3.0107J/kg,隱含條件：,Q放=E,數據關系：,Q放=mq,140,例5太陽能路燈的桿頂端有太陽能電池板，它將太陽能轉化為電能，并向桿下方的蓄電池充電，供夜晚路燈照明若在一段時間內，太陽光輻射到該太陽能電池板的能量為2.7107J，這與完全燃燒kg的煤放出的熱量相當；這些能量經轉化后，可供功率為35W的路燈工作60h，那么該太陽能路燈的能量轉化效率是%（煤的熱值為3.0107J/kg）,0.9,28