| | | 能源新天地/少年科學大講堂 | 該商品所屬分類:少兒 -> 益智遊戲 | 【市場價】 | 80-115元 | 【優惠價】 | 50-72元 | 【介質】 | book | 【ISBN】 | 9787532475339 | 【折扣說明】 | 一次購物滿999元台幣免運費+贈品 一次購物滿2000元台幣95折+免運費+贈品 一次購物滿3000元台幣92折+免運費+贈品 一次購物滿4000元台幣88折+免運費+贈品
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出版社:少年兒童
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ISBN:9787532475339
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作者:米勒
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頁數:118
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出版日期:2008-05-01
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印刷日期:2008-11-01
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包裝:平裝
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開本:32開
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版次:1
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印次:2
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字數:45千字
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從航天飛機到遠洋巨輪,從高速列車到鑽井平臺,從摩天大廈到城市地鐵,能源讓發動機轟鳴,讓機器運轉,讓黑夜和白天一樣明亮。認識和使用能源,讓人類走出石器時代,創造出燦爛的現代文明。但是,能源並非不竭的魔法石,如果失去能源,人類文明何以為繼?面對日漸枯竭的石油和煤炭資源,清潔、強大、可再生的新能源,成為科學家的研究焦點。
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從航天飛機到遠洋巨輪,從高速列車到鑽井平臺,從摩天大廈到城市
地鐵,是一種什麼樣的力量,讓發動機轟鳴,讓機器運轉,讓黑夜和白天
一樣明亮?又是什麼力量,讓人類能超越自身極限,獲得神話一樣的速度
和動力?如果視角再廣闊一些,站在幽暗的宇宙空間俯視地球,我們忍不
住要問,究竟是誰,在驅動這顆蔚藍色的行星,讓它能夠創造出這樣耀眼
的文明成就?
沒錯,一切奇跡都來自能源和使用能源。隨著傳統能源逐漸耗盡,科
學家們努力尋找,希望能找到清潔、安全、可以循環再生的新能源,讓人
類文明的引擎能繼續轟鳴。
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前言 一、萬物之源——太陽能 太陽和太陽輻射 太陽能制熱和發電 太陽能電池 太陽池和海水淡化 二、澎湃的粒子——核能 原子和核能 核**誕生 核電站 安全:核電的生命線 核電池 未來核技術:核聚變 三、*清潔的能源——風能 風和風能 風力發電機:化風為能 風電:*潔淨的能源 四、來自生命的能源——生物質能 活能源 農村新能源:沼氣 地裡流出黑色金子:能源作物 五、地心能量:地熱能 六、*理想的能源——氫能 七、電池大變身:燃料電池 八、蔚藍的力量——海洋能 九、神話能源——反物質 後記
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太陽和太陽輻射
太陽,人類星空圖裡*重要的天體。正是因為太陽光芒普照,纔有萬
物生長、日夜交替和四季輪回,太陽給地球帶來多姿多彩的生命現像,帶
來冷暖寒暑變化,還給地球生命提供各式各樣的能源。從遠古時候開始,
人們就崇拜太陽、膜拜太陽,把太陽當作一切奇跡和神力的來源,太陽符
號出現在金字塔和巴比倫空中花園,它是光明、生命的像征。 在幽暗的銀河繫裡,太陽卻隻是一顆普通的恆星,在廣袤浩瀚的繁星
中,太陽的亮度、大小和物質密度都隻屬於中等水平。隻是由於它距離地
球*近,看起來纔會那麼耀眼。其他的恆星離我們都**遙遠,即使是*
近的一顆,也比太陽要遠上27萬倍,在明朗的夜空裡,隻是一個閃爍的光
點。 太陽看起來很平靜,但卻無時無刻不在發生劇烈的變化和反應。組成
太陽的物質大多數是普通氣體,其中氫大約占71%,氦大約占27%,其他
元素加起來大約占2%。太陽從中心向外可以分成核心區、輻射區、對流區
和太陽大氣。核心區雖然很小,半徑隻是整個太陽的1/4,但卻是太陽能量
和地球生命的真正源頭。太陽核心的溫度極高,達到難以想像的1500萬℃
,壓力也**巨大,使得由氫聚變為氦的熱核反應不斷發生,從而釋放出
浩瀚的能量。能量通過輻射區、對流區,到達太陽光球頂部,並且通過光
球向外輻射出去。 太陽光球就是我們平時看到的太陽的圓圓的臉。光球表面是密度隻有
水的幾億分之一的氣體,但厚度卻有500千米,所以光球並不是透明的。太
陽大氣在光球層存在著劇烈的活動,用望遠鏡觀察的話,你能看到太陽表
面有許多密密麻麻的斑點,很像一顆顆米粒,這是光球下氣體劇烈對流動
蕩造成的現像,每一個斑點隻持續不到lO分鐘,溫度也要比周圍高出300℃
到400℃。另外,太陽光球表面還有一些暗暗的橢圓形斑點,這就是太陽黑
子,光球層上的巨大氣流漩渦,雖然在明亮的光球背景下看起來暗淡無光
,但它們的平均溫度都達到4000℃,如果把一個大的黑子單獨拿出來,光
亮就能和一輪滿月不相上下。 緊貼著光球以上的一層大氣叫色球層,隻有在日全食的時候我們纔能
完整地看到它。當月亮遮擋住光球明亮光輝的一瞬間,人們就能發現日輪
邊緣上有一層玫瑰紅色的絢麗光彩,那就是色球。色球層厚約8000千米,
色球層裡的物質密度和壓力要比光球小得多。按照常識,當能量經過層層
傳遞到達色球層以後,熱度應該已經大大降低。奇怪的是,太陽的情況和
常識**相反,光球層頂部的溫度大約是4300%,色球層頂部的溫度卻有
好幾萬攝氏度,再往上,到了日冕區,溫度陡然上升到上百萬攝氏度。科
學家對這種反常的現像感到迷惑不解,到現在也沒有找到確切的原因。 簡單地說,太陽內部的熱核反應釋放出巨大能量,能量穿過輻射區、
對流區,來到了太陽光球層、色球層和日冕層組成的太陽大氣,並且*終
以電磁波和粒子流的形式向宇宙空間輻射。地球所接收到的太陽輻射能量
,還不到太陽向宇宙空間總輻射能量的二十億分之一,但卻是地球大氣運
動*主要的能量源泉。科學家們設想,如果在地球大氣層外面放一個測量
太陽總輻射能量的儀器,那麼,在一平方米面積上,每分鐘接收的太陽總
輻射能量大約是1368焦,這個數值被叫做太陽常數。如果把太陽常數乘以
用太陽到地球平均距離作半徑的球面面積,就得到了理論上太陽每分鐘輻
射到地球的總能量——大約是2.273×10的28次方焦。這也就是說,太陽每
年給地球輸送的能量相當於1OO億億度的電,取之不盡,用之不竭,是*理
想的能源。
太陽能制熱和發電
在了解了太陽的強大能量以後,請先不要激動。千萬記住一點:實驗
室裡的理論數值,和現實生活中的實際情況,往往會有天上地下的落差。 在前面一節中,我們根據太陽常數計算出了理論上到達地球上的能量總數
,卻忽略了這樣一個問題:地球本身也套著一件厚厚的棉襖,這就是地球
的大氣層。 地球大氣層由對流層、平流層、中間層和外大氣層組成。經歷了漫長
旅途的太陽能量在到達地面以前,已經被充斥在大氣裡的空氣分子、水蒸
氣和塵埃細細梳理過一遍,有的被吸收,有的被反射回去,有的被漫無方
向地散射到四面八方。所以,照射到地面上的太陽輻射實際由兩部分組成
:穿越了重重艱險,到達地面的直射部隊,和遭到反射、散射,仍然幸運
來到地面的漫射部隊。這兩部分全部加起來,還不到到達大氣層外圍的太
陽輻射總量的一半。也就是說,還沒來到地面,一大半的太陽輻射已經損
失掉了。 那麼,我們能不能把好不容易到達地面的太陽輻射,一點不漏地收集
起來呢?遺憾的是,這也是不太可能的。由於受到日夜交替、季節變遷、
海撥高度和天氣情況的限制,到達地面某一個特定地方,比如你們家門口
的太陽輻射,是斷斷續續、**不穩定的。具體來說,海撥越高,距離赤
道越近,天氣越晴好,時間越靠近夏天或者中午,太陽輻射就越充沛。而
如果天陰下雨,或者在靠近南北極的地方,太陽輻射就很微弱,到了晚上
太陽下山,太陽輻射就一點都沒有了。 現在,人類對於太陽能的大規模運用還處於初級階段,大部分運用是
把太陽能轉換為熱能。光熱轉換裝置中*普及的,就是居民樓上常見的太
陽能熱水器了。有的太陽能熱水器有著鏡子一樣光滑的外觀,有的則好像
密密麻麻的鐵柵欄,這是由於采用了不同的集熱方式造成的。鏡子一樣的
太陽能熱水器采用玻璃集熱器,它能*大限度地把太陽光轉化成熱能,通
過加熱集熱器附近的熱水,使水箱內的水產生溫度差異,冷水下沉,熱水
上浮,水箱裡的水自然流動,*終讓整個水箱均勻受熱。鐵柵欄一樣的太
陽能熱水器采用真空管集熱,原理和采用玻璃集熱器的太陽能熱水器差不
多,但集熱效率*高一些。在日照充足的寧夏、甘肅、河北、山西等地區
,太陽能熱水器可是家庭的好幫手,**勞累工作,晚上能舒舒服服地洗
一個熱水澡,既干淨,又解乏。*關鍵的是。它不用電,不燒煤,把寶貴
的能源節約下來給工業行業使用。一個優質的太陽能熱水器能夠正常使用
20年以上,隻要一下雨就等於清洗過一次,可方便啦。 太陽能可以轉換成熱能,就沒有理由不能轉換成電能。如果太陽能能
夠方便、快捷地轉換成電能的話,生活該有多方便啊!由於發電站有特殊
的地理位置要求,我們現在使用的電,有的來自三峽大壩,有的來自秦山
核電站,經過長途跋涉,穿越上千千米,纔來到我們家中把電燈點亮。這
樣的傳輸方式,不但中途損耗巨大,而且風險很高。為了要讓電能長途傳
送,必須把它加壓到上萬伏,甚至幾萬伏,這樣一來,不但高壓線**危
險,踫到就可能觸電身亡;就是高壓電流產生的強大輻射,也會導致多種
疾病,嚴重影響人體健康。隻要有陽光,太陽能發電設備可以在任何地方
使用,就近產電,就近使用,甚至每個家庭都可以安裝一個太陽能發電機
,自己發電自己用。 這可不是一個空想。2001年12月,三洋電機公司在日本中部的歧阜縣
裡建立了一座高37.1米,全長315米,重3000噸的船型太陽能發電裝置,並
把它命名為“陽光方舟”,希望它像傳說中的諾亞方舟一樣,帶領人類走
向獲取新能源的道路,這是當時世界上*大的太陽能發電裝置。“陽光方
舟”由5046塊電池板組成,發電功率為630千瓦,每年能發電54萬千瓦,相
當於一座小型水電站。*重要的是,它減少了煤的使用量,減少了溫室氣
體的排放。 為了配合“陽光方舟”,日本政府在關東建立了一個新型示範住宅區
,所有的住宅屋頂上都裝著太陽能電池板,電池板直接連接輸電線路。夜
裡和陰天,太陽能發電不夠用的時候,電力公司就給居民供電,而在陽光
強烈,太陽能產生的電力用不完的時候,又可以通過輸電線路,把多餘的
電力傳輸到附近的電力公司儲存起來。這套設備方便又好用,初次來到這
個住宅區的人,往往會以為自己身在科學實驗室裡呢。不過,太陽能發電
也有缺點,這就是價格太貴。就算使用了政府補貼,每度太陽能電,還是
比水力發電廠輸出的電貴一倍以上。現在,世界各地的科學家都在積極研
究,希望找到降低成本的方法,好讓太陽能電力走進千家萬戶。 為了解決太陽能到達地面損失過多的問題,科學家們正在探討建立宇
宙太陽能空間電站的宏偉設想。有科學家提出,可以研制一種太陽能動力
衛星,把它發射到距離地面3.5萬千米的高空,正好位於地球同步軌道上,
圍繞地球運轉。衛星在軌道運行,打開龐大的太陽能電池板,把太陽能直
接轉換成電能,然後再把電能用微波束發回地面。地面接收站通過巨型天
線接收微波,並把它轉換成電能。 就目前的科技水平來說,要建立大型太陽能空間電站還有一定難度,
比如一個發電能力為一千萬千瓦的空間電力站,要使用的太陽能電池板面
積達到64平方千米,而把微波發射到地面的列陣天線,占用面積也將超過2
平方千米。此外,巨大的衛星需要分解成許多零件運送到太空進行組裝,
衛星安裝後,還要經常檢修維護,這都對現有技術提出了挑戰。其中,*
大的問題是,太陽能儲存技術也不過關。這並不是說科學家找不到辦法來
儲存太陽能,而是儲存太陽能的效率不夠高,費用**昂貴。從工業生產
的角度看,如果成本太高,推廣價值就大打折扣了——誰會花好幾倍的錢
,購買一模一樣的東西呢?
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