书城童书青少年应该知道的热
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第8章 热能的长期探究

1.温室效应

温室效应,又叫“花房效应”,是大气保温效应的俗称。温室效应是大气中某些微量气体含量增加,引起地球平均气温升高的现象。这些微量气体称为温室气体,主要有二氧化碳、甲烷、二氧化氮和氟利昂等。太阳辐射透过大气,除了很少一部分被吸收外,其他大部分到达地面。地表又以红外辐射的形式(热量)向外辐射,被大气中的二氧化碳等温室气体和水汽所吸收,从而阻止了地球热量向空间散发,使大气层增温,增大了热效应。

它之所以有“花房效应”这一说,是因为人们把温室效应比作是花房温室的玻璃或塑料薄膜的覆盖层那样,射入温室内的阳光中的红外线不易穿透此覆盖层而反射出去,从而使室内产生增温和保湿的效应。

人类自工业革命以来,不断地向大气中排入二氧化碳等吸热性强的温室气体,大气的温室效应也随之加剧,引起了全球气候变暖等一系列严重问题,理所当然受到世界各国的关注。那么你知道温室效应给我们带来的危害有哪些吗?危害有:地球上的病虫害和传染疾病会增加;海平面上升;气候反常,海洋风暴增多;土地干旱,沙漠化面积增大等。

2.太阳能

大家知道,太阳能是取之不尽、用之不竭的巨大能源。利用太阳光给人类提供能源,将能解决地球上日益紧张的能源危机。人类对太阳能的利用,可以通过各种途径和方法,最基本的就是实现光—热—电的转换。

光热转换是人类直接采集太阳光能量的方法。转换装置基本上分为平板式集热器和聚光式集热器两种。前者是阳光直接照射在黑色粗糙表面上变热,后者是用反射镜或透镜聚光产生热,如太阳能住宅。在屋顶上装上太阳能集热器,它由一个玻璃盒组成。太阳光穿透双层玻璃,照射到用薄铁皮制成的集热板上,集热板被晒热,光变成了热。当空气从集热板下面流过,就可以把热量带走。需要时可通过风道,送到房间里取暖。这就是光热转换的过程。

3.太阳能热水器

在我们的日常生活中,太阳能热水器发挥着越来越大的作用。太阳能热水器是由真空集热管和不锈钢保温水箱、支架组成的。太阳能热水器是太阳能成果应用中的一大产业,它为百姓提供环保、安全节能、卫生的新型热水器产品。太阳能热水器就是吸收太阳的辐射热能,加热冷水供人们在生活、生产中使用的节能设备。

太阳能热水器主要是利用太阳的能量将水从低温度加热到高温度的装置,是一种热能产品。太阳能热水器是由全玻璃真空集热管、储水箱、支架及相关附件组成,把太阳能转换成热能主要依靠玻璃真空集热管。集热管受阳光照射面温度高,集热管背面温度低,管内水便产生温差反应,利用热水上浮冷水下沉的原理,使水产生微循环而达到所需温度。

4.激光冷却

我们对于激光冷却还不是很熟悉,简单来说激光冷却就是利用激光和原子的相互作用来减慢原子运动以获得超低温原子的高新技术。这一技术在1985年由美国国家标准与技术研究院的菲利浦斯和斯坦福大学的朱檬文的实验首先得以实现。

这一实验成功之后他们并没有停止继续探索的脚步,进一步用三维激光束形成磁光将原子囚禁在一个空间的小区域中加以冷却,获得了更低温度的“光学粘胶”。紧接着,许多激光冷却的新方法不断涌现、层出不穷,其中较著名的有“速度选择相干布居囚禁”和“拉曼冷却”。“速度选择相干布居囚禁”这一技术是由法国巴黎高等师范学院的柯亨·达诺基提出。“拉曼冷却”是由朱檬文提出。其实不论是什么样的激光冷却技术,他们都利用这种激光冷却的技术获得了低于光子反冲极限的极低温度。

5.地热能

关于地热在前面我们已经做了一些介绍。我们知道既然有地热就有地热能。一般来说地热能是可再生资源。

地热能是由地壳抽取的天然热能,这种能量来自地球内部的熔岩,并以热力形式存在,是引致火山爆发及地震的能量。地球内部的温度高达7000℃,而在160~200英里(1英里=1.609千米)的深度处,温度会降至650℃~1200℃。透过地下水的流动和熔岩涌至离地面1~5千米的地壳,热力得以被转送至较接近地面的地方。高温的熔岩将附近的地下水加热,这些加热了的水最终会渗出地面。运用地热能最简单和最合乎成本效益的方法,就是直接取用这些热源,并抽取其能量。

人类关于对地热能的利用可分为地热发电和直接利用两大类,而对于不同温度的地热利用的范围也就不同。比如地热在20℃~50℃之间我们可以养殖和饲养牲畜,给土壤加温,脱水加工;地热在50℃~100℃之间我们可以用来供暖,温室生产,家庭用热水,工业干燥;地热在200℃~400℃之间我们就直接发电及综合利用;地热在150℃~200℃之间我们可以用于双循环发电、制冷、工业干燥和工业热加工;目前,随着科技的不断发展,现在许多国家为了提高地热利用率,而采用梯级开发和综合利用的办法,如热电联产联供,热电冷三联产,先供暖后养殖等。随着现代技术的日新月异,地热能将更广泛地应用于我们的生活之中,慢慢取代一些我们现在用到的常规性能源。

为什么冬天下雪不冷而化雪冷?

因为下雪的时候是释放热量,化雪的时候是吸收热量,所以下雪不冷化雪冷。

冬天人触摸铁块冷,触摸木材不冷?

那是因为冬天气温较低,铁块是热传递的良导体,而木材是热传递的不良导体,所以冬天人触摸铁块冷,触摸木材不冷。

知识小百科

温度计的原理

所有的物体都具有热胀冷缩的性质,受热后会发生一定程度的膨胀,失去热量后又会缩小。温度计便是利用这个原理制成的。

在相同条件下,液体的热膨胀程度要比固体大,所以我们最常采用液体温度计。当温度变化时,温度计玻璃管中的液面便随之上升或下降。细心的你会注意到,温度计的玻璃管内径很细,所以液体体积变化可以明显地观察出来。我们根据玻璃管中液体的高度变化,从刻度上看出环境温度变化的数值。家庭中使用的水银温度计,方便我们测量体温,及时知道自己是否发烧。测量后,要记得把温度数值甩到低于人体正常体温的数值,以便下次测量。水银温度计要小心放置,不要打碎。如果不小心把水银温度计掉到地上,一定要避免水银碰到人体。水银如果通过皮肤进入人体是非常危险的。还有一个家庭常备的酒精温度计,可以告诉我们室内温度。

为什么保温瓶能保温?

是保温瓶独特的结构让它具有保温效果的。保温瓶里有两层薄玻璃,玻璃上涂有水银,就像镜子一样。这两层“镜子”可以把瓶中物体散发出的热量都反射回瓶中,就避免了热量的流失。另外,这两层玻璃中间的空气在制作时已经被抽走,形成真空。热量要散发出去,必须有传递热量的介质。真空室是无法传递热量的,热量也就不会流走。在双重保障之下,再扣上严紧的瓶盖,保温瓶就可以保温了。

为什么棉被经晾晒后会蓬松柔软?

冬天,我们盖的被子很厚,经常让棉被晒晒太阳,会比较卫生、健康。晒过之后,还会觉得棉被蓬松柔软,有一种阳光的味道,盖起来既舒服又暖和。

棉被的棉纤维中有许多空气,经太阳一晒,这些空气吸收阳光中的热量,慢慢膨胀。棉纤维鼓胀起来,棉被就变得松软而舒适了。常晒被子有益于身体健康,可以去潮、防虫。一般每个月晒一次就可以了,晴天时把棉被晒上三四个小时。晒得时间太长、次数过多,棉纤维会缩短脱落,不利保暖。

我国地热技术

作为一种高效节能的可再生能源技术,地源热泵技术近年来引起社会的重视。目前,我国除青海、云南、贵州等少数省区外,其他省区都在不同程度地推广地源热泵技术。目前,全国已安装地源热泵系统的建筑面积超过3000万平方米。据不完全统计,截至2006年底,中国地源热泵市场年销售额已超过50亿元,并以20%的速度在增长。

为什么夏天自行车容易爆胎?

自行车在夏天非常容易爆胎,有时走在马路上就会听到“嘭”的一声,随即看到一个骑车人停了下来,他的车胎爆了。这是因为夏天气温很高,车胎里的空气受热膨胀,气压便会升高,进而不断冲击车胎。如果车胎里原有的气比较足,那么受热后空气膨胀得就更加剧烈,气压升高的幅度也就越大。当车胎内的气压大于胎外气压,并超出车胎所能承受的弹性收缩程度时,就会发生爆胎。所以,夏季里不要给自行车充太足的气,停放时也要尽量停靠在阴凉处,以保护车胎不受损伤。

我国太阳能资源

在我国,西藏西部太阳能资源最丰富,居世界第二位,仅次于撒哈拉大沙漠。

根据各地接受太阳总辐射量的多少,可将全国划分为五类地区。

一类地区

为我国太阳能资源最丰富的地区。这些地区包括宁夏北部、甘肃北部、新疆东部、青海西部和西藏西部等地。

二类地区

为我国太阳能资源较丰富地区。这些地区包括河北西北部、山西北部、内蒙古南部、宁夏南部、甘肃中部、青海东部、西藏东南部和新疆南部等地。

三类地区

为我国太阳能资源中等类型地区。主要包括山东、河南、河北东南部、山西南部、新疆北部、吉林、辽宁、云南、陕西北部、甘肃东南部、广东南部、福建南部、苏北、皖北、台湾西南部等地。

四类地区

是我国太阳能资源较差地区。这些地区包括湖南、湖北、广西、江西、浙江、福建北部、广东北部、陕西南部、江苏北部、安徽南部以及黑龙江、台湾东北部等地。

五类地区

主要包括四川、贵州两省,是我国太阳能资源最少的地区。

太阳能辐射数据可以从县级气象台站取得,也可以从国家气象局取得。从气象局取得的数据是水平面的辐射数据,包括:水平面总辐射,水平面直接辐射和水平面散射辐射。