热岛效应
如今的人们会感觉到城市的温度高于郊区,这就是常说的热岛效应。分析城市“热岛效应”的主要原因:一是工厂、交通工具、电气设备和人群排放大量的热量;二是建筑群、马路中的矿石、水泥,在相同的日照条件下温度上升更明显;三是城区内有自然水的面积小,水的蒸发少,降温作用减弱;四是城区内楼群林立,难以形成空气对流。
为了改善城市的人居环境,人们应采取一些有效的措施,例如植树造林,提高资源利用率,更多地利用太阳能、水能、风能,都可以控制环境的热污染。
(1)在我国,随着轿车大量的走进家庭,热污染更加严重。汽车“发动机”的四个冲程分别是
(2)建筑群、马路中的矿石、水泥的
(3)我县车站西街路灯采用太阳能路灯照明,太阳能电池板将
巨大的“核能火炉”﹣太阳能
太阳距地球1.5亿千米,核心的温度高达1500万摄氏度。在太阳内部,氢原子核在超高温下发生聚变,释放出巨大的核能。因此太阳核心每时每刻都在发生着氢弹爆炸。太阳释放的能量向外扩散,太阳表面温度约6000℃,就像一个高温气体组成的海洋。大部分太阳能以热和光的形式向四周辐射开去。太阳向外辐射的能量中,只有约20亿分之一的传递到地球,太阳能是我们今天所用大部分能量的源泉。比如属于化石能源的煤、石油、天然气,都是来自远古的太阳能,它是地球给人类提供的最主要的一次能源。人类除了利用储存在化石燃料中的太阳能,还直接利用太阳能,目前直接利用太阳能的方式主要有两种,一种是用集热器把水等物质加热;另一种是用太阳能电池把太阳能转化为电能。平板集热器的箱面是玻璃,内部是涂黑的吸热板。可以吸收太阳辐射并转化为内能,从而将集热器管道内的水加热。太阳能电池可以将太阳能转化为电能、太阳能电池具有使用寿命长,没有污染等优点。
(1)大部分太阳能以
(2)煤、石油、天然气是地球给人类提供的是最主要的
(3)目前直接利用太阳能的方式有两种:一是用集热器把水等物质加热;二是用太阳能电池把太阳能转化成
(4)平板集热器的箱面是玻璃,内部涂黑,是因为
太阳能
传统的化石能源正在一天天的减少,全世界把目光都投向了可再生能源,希望可再生能源能够改变人类的能源结构,维持长远的可持续发展。太阳能是当前既可获得能量,又能减少二氧化碳等有害气体和有害物质排放的可再生能源之一。
太阳能是由内部氢原子发生聚变释放出巨大核能而产生的能,来自太阳的辐射能量。太阳能开发成本低廉,前景广阔。随着生产和技术的发展,人们已经开始将太阳能转化为其它形式的能加以利用。目前直接利用太阳能的方式有两种,一种是用吸光性好的材料制成太阳能集热器,实现给水或其它介质加热;另一种是利用半导体材料制成太阳能电池。
太阳能电池是一种将太阳光能直接转化为电能的器件,它是一个半导体光电二极管,当太阳光照到光电二极管上时,光电二极管就会把太阳的光能变成电能,产生电流。这种电池目前已用于人造地球卫星、太阳能汽车等。如图是利用太阳能电池提供能源的太阳能汽车。太阳能作为一种新能源,具有来源丰富、不需运输、不会对环境造成污染等优点。但由于能量比较分散且受季节、气候和昼夜变化的影响很大,又给大规模利用太阳能带来新的技术课题。
(1)太阳能电池是一种将太阳光能转化为
(2)太阳能属于
(3)请你说出太阳能的一条优点:
核聚变与中国的“人造太阳”
2021年5月,中科院合肥物质科学研究院有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置创造新的世界纪录,成功实现可重复的1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒运行,标志着我国受控核聚变研究工作又上升到一个新的水平。
人们对核聚变的研究源于对太阳能源的认识。太阳每秒辐射出的能量约为3.8×1026J。是什么使太阳有如此丰富的能量?科学家们通过研究发现,太阳中心区处于高温、高压和高密度状态。在此条件下,原子的所有电子几乎都摆脱了原子核的束缚,这些失去电子的原子核相互之间的距离很小,易于结合成质量较大的原子核,同时释放出能量。因此,太阳的能源是核聚变释放出来的。
人们也一直在努力尝试实现受控核聚变,进而利用核聚变中的能源。与核裂变相比,核聚变有很多优点。第一,核聚变产能效率高。第二,地球上核聚变燃料氘和氚储量丰富。第三,核聚变更为安全、清洁。然而,在地球上要想实现受控核聚变,需要将超高温(1亿摄氏度以上)状态下的核燃料,长时间地约束在一个非常小的空间内。但是地球上没有任何容器能够承受如此高的温度,为此科学家们想到了利用磁场来约束,并设计了名为托卡马克的实验装置,其主要结构类似于一个两端相连的闭合通电螺线管,如图所示。由于核燃料在超高温状态下已经变成了带电粒子,磁场对运动的带电粒子可以产生力的作用,因此超高温状态下的核燃料可以被托举在磁场中,避免与容器直接接触。为了更好地约束上亿摄氏度的核燃料,人们利用超导材料制作导体线圈来产生强大的电流和磁场。
目前,关于受控核聚变的研究工作还在继续,相信不久的将来这一领域将有所突破。核聚变能一旦开始大规模地开发利用,就可以向人类提供“取之不尽,用之不竭”的能源,这将帮助人类彻底解决能源危机。
(1)“人造太阳”是通过
(2)原子是由原子核和
(3)相比核裂变,核聚变具有的优点是:
(4)请你根据所学知识,解释超导材料制作的导体线圈可以产生强大电流的原因。
为了满足人们对能源不断增长的需要,科学家们设想在空间建立太阳能电站来利用太阳能。这种空间太阳能电站建在地球同步轨道上,其工作过程如图所示。在太阳能收集板上铺设太阳能电池,通过它把太阳能转化成电能,再通过天线将电能以微波的形式发送至地面接收站。
已知太阳能收集板长10km、宽5km,太阳光在它的表面处每平方米的功率为1.4×103W,太阳能电池的光电转化效率为10%,微波的频率为2.5×109Hz,空间太阳能电站向地面的输电效率可达80%。
(1)太阳发出的具大能量来源于太阳内部的氢原子核发生的
(2)太阳能电站相对于地面接收站是
(3)试计算在输电过程中所使用的微波的波长。
月球太阳能电站
“嫦娥一号”的成功发射引起了人们对月球的科学兴趣。随着对月球了解的深入,一些科学家预言:月球必将成为人类未来的能源基地。按照一些科学家的设想,利用月球正面太阳光充足、地域广阔的特点,在月球上建设的大型太阳能电站,可克服在地球上受天气影响、提供的功率小等缺点。在月球上产生的电能经微波转换器将电流转换成微波,并通过天线将电能以微波的形式向地面发送,地面接收站通过天线把微波能还原成电能,如图甲所示,这样就解决了电能的输送问题。
我国的“嫦娥”系列登月车利用太阳能电池提供能量。如图乙所示是太阳能电池板工作原理的示意图:当太阳光照射到组成太阳能电池叠在一起的两片不同的半导体表面时,会产生光电效应,从而使电路中产生电流。太阳光照射到电池板每平方米面积上的辐射功率为1.5×104W,光电转化效率为18%。
请回答下列问题:
(1)太阳能是
(2)月球太阳能电站相对于月球表面是
(3)太阳能电池工作时的能量转化情况:
(4)在月球上一块接收面积为2m2的太阳能电池板,它的发电功率是
(5)若月球电站的总发电能力为6×109kW,利用微波传输电能的输电效率为80%。则地面接收站1h接收到的电能相当于完全燃烧
火星探测器
“冥昭甍暗,谁能极之?”2300多年前,我国浪漫主义诗人屈原用长诗《天问》,向宇洪荒、天地自然发问。神秘而璀璨的星空,自古以来就令生活在地球上的人们充满好奇与向往。
2020年7月23日12时41分,我国在海南岛东北海岸中国文昌航天发射场,用长征五号遥四运载火箭成功发射首次火星探测任务“天探测号”探测器,火箭飞行2000多秒后,成功将探测器送入预定轨道,开启火星之旅。
“天问一号”在距离火星约220万公里处,获取了首幅火星图像。图中,火星阿茜达利亚平原、克律塞平原、子午高原斯基亚帕雷利坑以及最长的峡谷一水手谷等标志性地貌清晰可见。
美国洞察号探测器是NASA在2018年5月发射升空的火星探测器,在2018年11月成功登陆到火星表面。与之前的探测器不同,洞察号探测器的主要任务是探索火星的内部,包括要了解火星内核的大小、成分、物理状态、地质构造以及火星内部温度、地震活动等情况。虽然核电池优势明显,洞察号探测器依旧使用太阳能电池板。据2021年2月13日的报道,火星掀起了沙尘暴,大量灰尘覆盖了洞察号火星探测器的太阳能电池板上。前文已经提到洞察号探测器的主要能量来自太阳能,在太阳能电池板被灰尘覆盖的情况下,洞察号探测器获得的能量大大减少。所以NASA宣布洞察号火星探测器将进入节能模式。再加上火星当前处于冬季,所以它离太阳的距离也达到了最远,在这个情况下,洞察号探测器的太阳能电池板只能产生大约27%的能量。虽然工程师尝试设法“吹”走太阳能电池板的灰尘,但是都没有成功。
2021年3月15日北京出现十年未遇的沙尘暴。总面积约17000平方公里的北京市,总面积约1300平方公里的北京市区,无论路面,房顶还是车顶都盖了一层厚厚的金色被子。如图所示,25块地砖正好1m2,把土收集起来,用天平测量其质量约20g。
(1)中国探测器首次拍摄到火星的图像照片,探测器距火星距离
(2)美国洞察号探测器所需的巨大的电能能量来源于
(3)北京市区沙尘总质量约是
太阳能百叶窗
某商业大厦安装了如图甲所示的某太阳能百叶窗的示意图,它既能遮阳,还能发电。它的构造特点是百叶窗的叶片为太阳能电池板(以下简称电池板),其工作电路示意图如图乙所示,电池板将太阳能转化为电能,为蓄电池充电,蓄电池再向节能灯供电。电池板将太阳能转化为电能的转化率仅为10%,科学研究发现我们可以通过减小电池与接线的电阻、在电池板表面镀上一层抗反射层等方式提高转化效率,电池板对蓄电池充电的功率为60W。蓄电池充满电后,能够让1盏“12V 30W”节能灯正常工作6小时。不考虑蓄电池充电和供电时的电能损耗。
(1)电池板对蓄电池充电时,是将电能转化为
(2)夜晚蓄电池处于给节能灯供电状态,在图乙中应闭合开关
(3)我们可以通过
(4)要将蓄电池充满电,电池板需对蓄电池充电
塔式光热发电
太阳能光热发电是指利用大规模阵列拋物或碟形镜面收来太阳热能,通过换热装置提供蒸汽,结合传统汽轮发电机的工艺,从而达到发电的目的。按太阳能采集方式不同,主要分为塔式、槽式、碟式、线性菲涅尔式四种。其中,塔式太阳能光热发电以其在规模化、光电转化效率以及投资成本等多方面具有槽式、碟式以及线性菲涅耳式等难以媲美的综合优势,而具有更好的发展前景,目前各国都越来越关注塔式光热发电技术的发展和研究。
塔式系统主要由多台定日镜组成定日镜场,将太阳能反射集中到镜场中间高塔顶部的高温接收器上,转换成热能后,传给工质升温,经过蓄热器,再输入热力发动机。驱动发电机发电。培式光热发电系统由聚光子系统,集热子系统,发电子系统,蓄热子系统,输助能源子系统五个子系统组成。其中,聚光子系统与集热子系统为其组成核心技术。太阳能接收器是塔式太阳能热发电集热系统的重要组成部分,是光热转换的关键部分。与另外三种光热发电方式相比,塔式太阳能热发电系统可通过熔盐储热,且具有聚光比和工作温度高、热传递路程短、热损耗少、系统综合效率高等特点。可实现高精度、大容量、连续发电,是最为理想的发电方式。
太阳能光热发电方式已成为近年来新能源领域开发应用的热点,各国都出台了相应的经济扶持和激励政策,全球总装机规模持续上升,呈现出一种蓬勃发展的景象。太阳能光热发电技术在未来的研发和应用电,将朝着“高参数、大容量、连续发电”这三个技术方面发展。塔式太阳能热发电可以采用熔岩储热,可以实现随时取用的功能,并且随着电站规模的扩大,成本能够进一步降低,是大型太阳能发电中前景最好的发电形式。
总得来说太阳能热发电技术将会向着低成本、大规模的塔式光热发电方向快速发展,将在人类未来的能源结构中占有举足轻重的地位。
请根据上述材料,回答下列问题:
(1)塔式光热发电系统由
(2)文中“塔式系统主要由多台定日镜组成定日镜场,将太阳能反射集中到镜场中间高塔顶部的高温接收器上”,这句话用到了
(3)结合你的生活经历,列举出太阳能的
为了满足人们对能源不断增长的需要,科学家们设想在空间建立太阳能电站来利用太阳能、这种空间太阳能电站建在地球同步轨道上,其工作过程如图所示、在太阳能收集板上铺设太阳能电池,通过它把太阳能转化成电能,再通过天线将电能以微波的形式发送至地面接收站、已知太阳能收集板长10km、宽5km,太阳光在它的表面处每平方米的功率为1.4×103W,太阳能电池的光电转化效率为10%,微波的频率为2.5×109Hz,空间太阳能电站向地面的输电效率可达80%,
(1)太阳发出的具大能量来源于太阳内部的氢原子核发生的
(2)太阳能电站相对于地面接收站是