A. 能量如何转换与应用
有些能源可以直接使用,而另外一些在使用前需要处理或转换成二次能量载体。其处理或转换需求受能量消耗特点的制约,比如,车辆及大部分供暖需求最好采用流体燃料,因为可以严格控制其流量及燃烧情况;小规模燃烧最好采用清洁燃料,而大规模燃烧,对燃料清洁度要求相对较低,因其燃烧后能有效地去除污染物;电子产品当然要用电,照明最好也用电。
B. 物质可以转换成能量,能量可以转换成物质吗,那样不就可以做能量储存了吗
爱因斯坦的质能方程说明了能量和物质在一定条件下相互转化的可能与规律(E=mc²),但是这种转化必定在非常苛刻的条件,如核裂变和核聚变,都需要提供强大的启动能量,并且不好控制,至于能量转化为光能挺容易,但是“光”能否看做物质就比较模糊了(波粒二象性)。总而言之,在一般的化学物理反应之中,遵循物质守恒与能量守恒,利用这个原理本来就可以储存、释放能量(如充放电,有机物的形成与燃烧),但是这充其量只能说是物质变化过程中伴随着能量的转移(这是普遍存在的),不能说是物质能量相互转化,你所说的利用质能转化的“能量储存”在理论上是有可能的,但在现有的技术条件下显然是不合算也不可能的,现在只有单方向的将质量转化为能量的做法:核反应。
C. 有机反应、能量的转换与储存
有机化学反应的类型非常多,有些作用过程也十分复杂,本节仅介绍一些广泛存在的、或与地质体及与地质作用有重要联系的有机化学反应。
(1)光合作用。一般指绿色植物吸收CO2和H2O、以阳光为能源、以绿色色素(叶绿素)为催化剂来生产碳水化合物和放出游离氧的有机反应,基本反应式如下:
地球化学
光合作用的实质是光能转化成化学能并产生自由能较高的还原态,造成H、C、N、S、P等化合物浓度的不平衡分布。反应式(8.1)的反应自由能变化ΔG=2878.6 kJ(688 kcal),反应热焓ΔH=2815.8 kJ(673 kcal),为吸热反应。反应自左向右进行必须要有能量的供应,太阳辐射能提供了反应进行的必要条件。当生物死亡埋藏后,机体内的能量被储存于机体转化形成的煤、石油、油页岩和天然气等中。光合作用既有物理过程,又有化学变化、电子传递、能量转换,实际上并不像上式表示得那样简单。前述基本反应是植物和动物中所有有机物质的最初来源,在不断更新大气圈中的游离氧方面,光合作用的意义也很重大。
(2)充氧条件下的腐解作用。在有充足游离氧存在的条件下,腐解作用代表了光合作用的反过程。是动植物死亡后,在组织内自溶酶(组织蛋白酶)作用下遗体发生分解、随后细菌和其他微生物参与完成分解破坏和矿化的总过程。与光合作用一样,腐解反应也是通过许多复杂步骤进行的,其最终产物是CO2和H2O。有机质燃烧时,腐解反应进行得更加迅速。腐解和微生物的呼吸是同一过程的两个侧面,都是氧或其他含氧无机物(如)作为最终电子受体的生物氧化过程,在呼吸过程中,动物借此来获得能量。所以腐解、燃烧和呼吸是保持大气圈中CO2供应的三个主要过程。地球发展到今天,光合作用与呼吸作用之间已建立起一种动态平衡,即光合作用已不会再增加地球表面的游离氧。
(3)缺氧条件下的腐解作用。在缺氧或近于缺氧的条件下,腐解作用使有机化合物经历一种部分的内部氧化(燃烧)反应,原化合物中的O与C结合形成CO2,剩余的碳可能转变成烃类或与氢结合,少部分的氧可能形成复杂结构的化合物。缺氧腐解反应进行的方向取决于原始物质的性质、温度、隔绝氧的程度以及存在的细菌类型等。
(4)氧化还原反应。有机物分子内原子间没有明显的电子得失,往往是电子对的偏移。通常将有机分子中加氧或脱氢称为氧化反应,将加氢或脱氧称为还原反应。如果一种含氧的有机化合物转变为一种烃,该反应必包含还原反应。如果氢被加入到一种未饱和化合物中形成一种饱和化合物,则该过程也是还原反应。氢被加入的还原反应也常称为氢化(hydrogenation)。下式为氧化反应的一个例子:
地球化学
(5)聚合反应。低分子化合物结合形成高分子化合物的过程属聚合反应。简单烃转化为复杂烃(形成石油)的反应是典型的聚合反应,在饱和烃类中的这种反应常导致氢作为一种副产品而生成:
地球化学
有机化合物互相结合过程若同时除去小分子化合物,如H2O、HX等,该反应称为缩合反应。由氨基酸失水缩合形成肽的反应就是缩合反应:
地球化学
缩聚反应是地质体中高分子聚合物(腐殖质和)干酪根形成过程中最重要的一种反应。
(6)解聚合反应。将大分子分裂为小分子的过程叫做解聚合反应,它是聚合过程的反过程,例如,淀粉分解为糖、蛋白质分解成氨基酸。长链烃类通过受热或催化剂作用(或两者的共同作用)发生的解聚合反应常被称为裂解,一种饱和烃的裂解常常产生未饱和的化合物。解聚合反应的简单例子为辛烷的裂解:
地球化学
(7)加成反应。不饱和烃分子中常含有双键和三键,反应中双键断裂,新的原子或原子团分别加到不饱和键两端的碳原子上,生成饱和的化合物,称为加成反应。如:
地球化学
有机反应与一般的无机反应有很多不同之处,有机反应的主要特征是:①起始反应物质一般为复杂的混合物,而不是单一的化合物,并且常常无法确定这些混合物中某些组分的精确化学式;②反应进行得慢且常不完全;③混合物组分反应的一般过程能够被说明,但每种物质反应的细节常不清楚;④一种复杂有机分子一般能按不同的途径、在能量粗略相等的不同反应中、在酶的有机催化促成下发生反应,因此,诸如平衡、自由能和氧化电位等概念在有机反应中没有大的意义,但在实验室内的有机反应中,由于单个物质能够分开,若以上变量能够被控制时上述概念仍可应用。
D. 能量的转化和转移是有什么的
物质运动的形式是多样的,比如机械运动、化学变化也就是化学运动、光的运动(属于电磁波)、核运动、热运动等,它们可以用统一的物理量也就是能量来衡量和等价转换,对应的能量形式就是机械能、化学能、光能、核能和热能等。它们之间是可以等价转换的,但并不是任意随意的转换的,是需要条件的。比如电形式的能量需要两对电动能和电势能相互寄存才能产生电磁波并在空间传播开来转换成电磁能。一张纸片经过氧化反应燃烧就会把储存的化学能释放为热能和光能。而太阳的光能经过光合作用能被地球上的植物把能量转化成化学能,人类能实现最大规模的能量转换当然是核聚变的核能了。
我看一个资料说科学是不研究起源和本质的,起源和本质属于神学、哲学之类的。科学只弄清过程原理,并能可靠的再现过程和结果。所以不知道题主要的是哲学观点还是科学答案?
E. 生物圈中的能量转换和能量储存是怎么一回事
生物圈中的能量大部分来自光能 化学能
光能 化学能被生产者固定 转化为化学能 也就是 有机物
生产者所固定的化学能在生物圈中 随着食物链传递 传递过程中 能量逐级减少
每一个营养级所得到的能量 一部分用来合成生物体自身的结构成分 一部分以热量的形式散失 还有部分以排泄物的形式流失
至于能量的储存 我想就是上面所说的合成自身的结构成分
F. 负功与能量储存
能量守恒
做负功就是所研究系统的能量减少了 那么能量是不可能消失的 必然是转换成另外一种形式存储到系统外了
能量的转换方式有许多种 不可能一一列举
总而言之 负功只是系统的能量转换为外界能量了
G. 生产者、消费者和分解者与能量转换
生物能的转换是通过食物链来完成的。人们常说“大鱼吃小鱼、小鱼吃虾米”,这只是食物链中很小的一段。其实食物链是很复杂的,它依生态环境而异,每个生态环境里都有自己的食物环,为了概略地阐明它,可以依据生物的“功能”,将所有的生物分成三大类:①生产者;②消费者;③分解者。
生物的功能分类和能量转换示意图
(1)生产者。指能将无机能转换成有机能——生物能的生物,如植物和化学自养细菌。
(2)消费者。指以生产者为食物的动物,它们将生产者的能量转换成自身的能量。
(3)分解者:为能将消费者分解,并将其能量转化成自身的能量,同时为生产者提供能量的细菌。
在自然界里,生产者将无机能转换成有机能,供自身生长、发育和繁殖,并将其存储在体内。消费者在食用生产者后,将生产者的能量转换成为自身的能量,消费者依靠这种转换来的能量繁衍、发展和生存。当消费者死亡后,它们的尸体会被分解者分解,分解者在从中获得其生命进程中所需能量的同时,还为生产者提供“原料”,生产者会利用这些“原料”,通过光合作用把它们转换成自身的物质——有机碳,即生物能。这样,能量又“流回”到生产者身上,这就是能量转换的自然过程。
H. 太阳能厕所的这种能量转换和储存方式是
能量转换是将太阳能转化为电能,储存方式是储存在电容里。
I. 多孔材料用于能量储存和转化
把文章当做作业来写才行,不然永远开不了头。
人们对于能源的需求越来越大,电能的储存和转化也成为巨大的需求,需要发展新材料来提高电能转化和储存的效率。多孔材料因为具有高表面积和大的孔体积可以改善储能器件的能量密度,功率密度,寿命和稳定性。这篇文章总结多孔材料的制备和他们应用在太阳能电池,太阳能生产燃料,可逆电池,超级电容器和燃料电池中作为电极(催化剂)材料。最后我们提出了研究发展多孔材料中需要克服的问题。
目前,全球80%的能源消耗都是化石能源,化石能源燃烧产生了大量的二氧化碳,进而引起气候变化和其他严重的环境问题。当今发展低碳经济的重要部分就是寻找可再生能源和环境友好的能源储存系统。人们在这个方面投入巨大的精力,开展了很多研究,也遇到很多挑战,主要的挑战就是开发功能化材料。
多孔材料,或者说介孔材料能够吸收客体分子在他的内外表面,引起很多人的关注。根据IUPAC,微孔是<2nm,介孔大于2nm,小于50nm,大孔大于50nm。
最开始的图中,介绍了几种多孔材料的合成方法,包括,软模板法,硬模板法,复合模板法,无模板法。复合模板就是同时使用软模板和硬模板,形成孔径大小不同的分级多孔材料。无模板法合成介孔材料主要是利用纳米粒子的堆积(砌墙)和网状化学中的诱导(MOF的孔做大)。
太阳能电池
染料敏化太阳能电池
染料敏化太阳能电池中需要结晶度最大化,晶体边界很小的材料作为工作电极,而目前合成了几乎为单晶状态的二氧化钛多孔材料(挥发诱导自组装),既提供了大的表面积和孔容,也形成了晶体的形貌(多孔材料一般为无定型),实现了电池效率的提升(相较于之前不使用多孔结构)。
在对电极中,之前一直使用的是pt,存在昂贵和稀少的缺点,且如果电解质中不含碘离子,效率会不高。制备了分级多孔碳材料可以达到和铂接近的效率,同时其他的多孔结构材料也被制备,效率也很好。相信在不久通过材料的复合可以实现高的电子传导和催化活性。
钙钛矿电池
钙钛矿结构做了两个工作,光吸收和空穴传导,效率很高,结构如下图,在其中使用二氧化钛多孔结构可以有稳定的效果,起到的功能主要是抑制磁滞现象,还可以通过在多孔二氧化钛上掺杂锂的元素改善抑制效果。
J. 能量的转化和转移具有什么
能量的转移与转化具有方向性。
能量转化和转移其实指的就是热传导,根据热力学第二定律的内容,热传导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,因此能量的的转化和转移具有方向性。
(10)能量转换与存储会议扩展阅读
热力学主要是从能量转化的观点来研究物质的热性质,它揭示了能量从一种形式转换为另一种形式时遵从的宏观规律。
热力学是总结物质的宏观现象而得到的热学理论,不涉及物质的微观结构和微观粒子的相互作用。因此它是一种唯象的宏观理论,具有高度的可靠性和普遍性。
热力学三定律是热力学的基本理论。热力学第一定律反映了能量守恒和转换时应该遵从的关系,它引进了系统的态函数——内能。热力学第一定律也可以表述为:第一类永动机是不可能造成的。
热学中一个重要的基本现象是趋向平衡态,这是一个不可逆过程。例如使温度不同的两个物体接触,最后到达平衡态,两物体便有相同的温度。但其逆过程,即具有相同温度的两个物体,不会自行回到温度不同的状态。
这说明,不可逆过程的初态和终态间,存在着某种物理性质上的差异,终态比初态具有某种优势。1854年克劳修斯引进一个函数来描述这两个状态的差别,1865年他给此函数定名为熵。
1850年,克劳修斯在总结了这类现象后指出:不可能把热从低温物体传到高温物体而不引起其他变化,这就是热力学第二定律的克氏表述。几乎同时,开尔文以不同的方式表述了热力学第二定律的内容。
用熵的概念来表述热力学第二定律就是:在封闭系统中,热现象宏观过程总是向着熵增加的方向进行,当熵到达最大值时,系统到达平衡态。第二定律的数学表述是对过程方向性的简明表述。