2.能量转化的方向性和效率第十一章物理学与能源技术导入新课讲授新课课堂小结随堂训练 能量的转化和转移无处不在。然而，许多情况虽然并不违背能量守恒定律，但在实际情形中却不会发生，这是为什么呢？这是因为能量的转化具有方向性。导入新课 1.认识到能量转移具有方向性。2.认识能量转化效率。学习目标导入新课 思考：水能从低处往高处流吗？水能自发地从低处往高处流吗？能量转化的方向性一用抽机就能实现水从低处往高处流。如果水是自发地流只能从高处往低处流，同样能量的自发流向也不是随意的，即能量的转化具有方向性。讲授新课 1.讨论交流：这些情形可能吗？试看分析以下过程能否实现，以及实现过程中的能量转化情况。（1）一杯水静置一段时间后，其中的一部分水自行从另一部分水中吸取热量，沸腾成水蒸气?另一部分水则内能减少，凝结成冰?讲授新课 热传递的过程是有方向性的，这个过程可以向一个方向自发地进行，但是向相反的方向却不能自发地进行。注意：内能总是自发地从高温物体向低温物体转移而不会自发地由低温物体向高温物体转移。讲授新课 （2）枯萎的花儿，自发从空气中吸取能量和水分，重焕青春？枯萎的花儿，也不可能自发从空气中吸取能量和水分。讲授新课 （3）坡底的巨石从周围环境中获取能量，滚向坡顶？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！讲授新课 （4）汽车从北京开到天津，掉转车头，可以不再消耗新的燃料，从空气、尾气中吸取能量，返回北京？返程不再耗油…….讲授新课 这是不可能的。因为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，这种现象叫作能量的耗散。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。讲授新课 通过以上的分析很明显这些过程都是不可能实现的，我们在现实生活中也从未看到这样的现象发生过。自然界中许多自发的过程都是有方向的，或者说能量的转化和转移也是有方向的。讲授新课 2.能量流动具有方向性（1）转移的方向性热量只能自发地从高温物体转移到低温物体，反之要想使热量自发地从低温物体流入高温物体是不可能的。但如果有外界适当的干预，或满足一定的条件，热量可以从低温物体转移至高温物体。例如空调可以将热量从低温的室内移至高温的室外，但外界必须做功，这种转移才是可能的，空调不开不做电功，这种转移就是不可能的。讲授新课 （2）转化的方向性指内能和其他形式的的能量（如电能、机械能等）的相互转化具有方向性。其他形式的能量可以自发地转化为内能，而内能不可无条件地转化为其他形式的能量。例如钟表在再次上紧发条之前,终会停下,机械能终会完全转变为内能，内能不可自发地转化为机械能。讲授新课 总之如果某个过程涉及了热量，能量的转化（和转移）就将是“覆水难收”，无法自发地沿反方向发生，除非我们耗费额外的能量提供帮助。思考：因为能量是守恒的，所以我们不需要节约能源，这种说法对吗？并说明原因。讲授新课 现实的宏观世界中，物体间一旦存在温差，就会有热量的传递；摩擦无处不在，机械能会不断转化为内能。我们对能量的利用，无法避免涉及热量的生成与转移。于是，每一次能量的利用。都会减少这个世界上可利用、便于利用的能量的总量。这种说法不正确，因为能量转化具有方向性。这就是为什么虽然能量是守恒的，我们仍然要节约能源的原因。讲授新课 在实际工作和生活中，人们把一种能量转化为另一种能量总是为了某种目的：用燃气灶烧水，目的是为了把水烧热或烧开；并希望烧水时将天燃气燃烧产生的热量完全传递给水壶中的水。使用电梯是为了把人或物体提高到一定的高度；并希望每消耗1千瓦时的电能完全转化成人或物体的势能。能量转化中的效率二讲授新课 生活经验告诉我们，这些理想都不可能发生在所有的能量利用过程中，能量损耗不可避免。以天燃气烧一壶水为例：1.输入能量我们把天然气完全燃烧释放出的化学能称为输入能量。讲授新课 3.输出无效能量把散发到大气、壶体中的那部分能量称为输出无效能量。2.输出有效能量壶水水吸收的那部分能量称为输出有效能量。讲授新课 输入能量=输出有效能量+输出无效能量4.输入能量、输出有效能量和输出无效能量的关系根据能量守恒定律：为了进一步描述这些过程，人们定义了能量的转化效率。讲授新课 5.能量转化效率即η=，任何情况下，η<1!能量转化效率=输出有效能量输入能量其实，在所有的能量利用的过程中，都有以上的关系。W有W总讲授新课 讨论交流各种“效率”在“机械与功”一章中，我们研究了机械效率，即有用功在总功中所占的比例；在“改变世界的热机”一章中，我们又知道了热机的效率，即内能转化为有用机械能的效率。这些效率，跟我们今天学习的“能量转化效率”是一回事吗？为什么？讲授新课 机械效率定义:有用功在总功中所占的百分比，叫机械效率，机械效率总小于1。热机效率：热机所做有用功（有效利用的能量）与燃料完全燃烧释放的热量之比叫作热机效率。讲授新课热机工作时总是有能量的损失，所以热机效率始终小于1。 提高能量利用中的转化效率是节能问题的核心，是可持续发展的重要措施之一。能量转化效率=输出有效能量输入能量即都可表示为：讲授新课 （一）能量的转化具有方向性涉及了热量，能量的转化（和转移）是有方向的，无法自发地沿反方向发生，除非我们耗费额外的能量提供帮助。（二）能量转化中的效率输入能量=输出有效能量+输出无效能量能量转化效率=输出有效能量/输入能量即η=W有/W总，任何情况下，η<1!课堂小结 1.一般情况下（）能只能从高温问题转移到低温物体，不能相反。如冬天，火炉把自己能传递给房间里的空气，供人们取暖；到了春天，我们不能把这些能量重新收集起来供来年再用，上述事例说明：能量的转化、能量的转移，都是有（）性的；请再举一个符合这一规律的例子：内方向物块在地面上因摩擦部分机械能转化为内能，这些内能不会再转化成机械能。随堂训练 2．下列说法正确的是（　　）A．能量是守恒的，所以无须节约能源B．物体的温度越高，含有的热量越多C．热量只能自发地从高温物体转移到低温物体，不能相反D．相同质量的0℃的水比0℃的冰内能少C随堂训练 3．下列关于能量转移和转化的方向性的说法中，不正确的是（　　）A．在自然界中不是所有能量都能利用B．能量的利用是有条件的，也是有代价的C．不同温度的物体发生热传递时，热传递的方向只能从高温物体到低温物体，不会相反D．汽车，刹车时，车的动能转化为内能，这些内能可以收集起来，再作为车行驶的动力D随堂训练 4.提高能量的利用效率，除了不随便浪费能源外，主要还需改进应用能源的技术常采用的措施有（）A．让燃料充分燃烧B．采用保温隔热措施，减少热量的散失C．充分利用余热和减少有害摩擦D．增加能量的转化环节ABC随堂训练