高中地球科学/能源资源
您知道您做的每一件事都需要能量吗？即使您静止不动，您的身体也在利用能量呼吸、保持血液循环以及控制许多不同的过程。但这不仅仅是您。任何以任何方式移动或变化的事物——从植物到动物到机器——都需要能量。您是否曾经想过所有这些能量来自哪里？
- 比较能量从一种形式转换为另一种形式的方式。
- 讨论燃烧燃料时会发生什么。
- 描述可再生资源和不可再生资源之间的区别，并将不同的能源资源分类为可再生或不可再生。
能量可以定义为移动或改变物质的能力。每个生物都需要能量来生存和生长。您的身体从食物中获取能量，但这只是您每天使用的能量的一小部分。烹饪食物需要能量，将食物保存在冰箱或冰柜中也需要能量。加热或冷却您的家也是如此。无论您是在厨房里打开灯还是乘车去学校，您一整天都在使用能量。而且由于全世界数十亿人都在使用能量，因此对提供所有这些能量的资源有巨大的需求。我们为什么需要如此多的能量？
主要原因是地球上发生的几乎所有事情都涉及能量。大多数情况下，当发生某些事情时，能量正在改变形式。
即使能量确实会改变形式，能量的总量也始终保持不变。能量守恒定律指出能量既不能被创造也不能被消灭。科学家们通过注意到每当他们观察到能量从一种形式转换为另一种形式时，他们都可以测量到能量的总量没有发生变化，从而发现了这条定律。
例如，关于能量如何从一种形式转换为另一种形式，想想您踢足球时会发生什么。您的身体从食物中获取能量。当您的身体分解您吃的食物时，它会将食物中的能量以一种称为化学能的形式储存起来。但是，必须释放一些储存的能量才能使您的腿部肌肉运动。当这种情况发生时，释放的能量从化学能转变为另一种形式，称为动能。动能是任何运动物体所具有的能量。您的肌肉移动您的腿，您的脚踢球，球通过被踢而获得动能。因此，您可以将踢球的动作视为能量移动和改变形式的故事。任何涉及运动或变化的事情都是如此。势能是储存的能量。势能具有做功的潜力或转换为其他形式能量的潜力。势能的一个例子可能是您踢的球，如果它最终位于山顶。
正如您所学到的，能量是移动或改变物质的能力。换句话说，您可以说能量是做功的能力。但是是什么让能量在您需要时随时可用呢？如果您曾经在使用时意外地拔掉了灯的插头，您就会看到灯没有能量供应来保持自身点亮。当灯插入插座时，它拥有所需的能源——电能。电能来自发电厂，发电厂必须拥有能量才能产生这种电能（图 5.1）。产生电能的能量来自燃料，燃料储存能量并在需要时释放能量。燃料是指在化学变化中可以释放能量的任何物质。您吃的食物充当您身体的燃料。您可能最常在有人提到其在交通运输中的用途时听到“燃料”一词。汽油和柴油是为大多数汽车、卡车和公共汽车提供能量的两种燃料。但是，许多不同类型的燃料被用来满足各种各样的储能需求。
为了使燃料有用，必须以可控的方式释放其能量。控制能量的释放使得可以利用能量来做功。当燃料用于其能量时，燃料通常会被燃烧，并且大部分能量会以热量的形式释放出来。热量可用于做功。例如，关于燃料中的能量如何主要以热量的形式释放，想想有人在壁炉里生火时会发生什么。首先，这个人划一根火柴，用它来点燃一些小树枝。树枝燃烧一段时间后，它们会变得足够热以使一些较大的木棍燃烧。火势越来越大，很快它就变得足够热以燃烧整根原木。
您可能一开始会认为热量来自生火。毕竟，有人划了一根火柴来生火，然后火就蔓延开来，对吧？但是，如果您从能量的角度考虑这团火，几乎所有的热量都来自储存在木材中的能量。换句话说，木材是火的燃料。很容易对火热的来源感到困惑是有原因的。原因是，在任何能量从火中释放出来之前，都必须投入一些能量来开始生火。一开始，火柴头上储存着化学能。当有人划一根火柴时，这种化学能会以热量的形式释放出来。
点燃的火柴释放出足够的热量来点燃树枝。这种热量足以开始将木材（以及空气中的氧气，木材燃烧需要氧气）中的化学能转化为热量。发生的情况是，火柴的热量会破坏树枝中的化学键。当这些键断裂时，树枝中的原子可以自由移动并形成新的键。当原子形成新的键时，它们会释放更多的热量。这种热量会导致越来越多的木材将其储存的化学能转化为热量。因此，最初来自火柴的少量热量变成了来自木材的大得多的热量。任何燃料都是如此。我们必须向燃料中添加一些能量才能使其开始燃烧。但是，一旦燃料开始燃烧，它就会继续将其化学能转化为热量。只要条件合适，燃料就会继续将其能量转化为热量，直到燃料全部耗尽。
能源资源可以分为两类——可再生或不可再生。不可再生资源的使用速度快于其补充速度（图 5.2）。其他被称为可再生的资源永远不会枯竭。在大多数情况下，这些资源的补充速度与使用速度一样快。
在某种程度上，不可再生资源和可再生资源之间的区别就像普通电池和可充电电池之间的区别。如果您家中有使用普通电池的手电筒，并且您不小心将手电筒整晚都开着，那么一旦手电筒中的电池没电了，您就需要购买新电池。普通电池中的能量是不可再生的。但是，如果手电筒有可充电电池，您可以将它们放入电池充电器中并在手电筒中再次使用它们。这样，可充电电池中的能量就是“可再生”的。
化石燃料是非可再生能源最常见的例子。可再生能源包括太阳能、水能和风能。如果你追溯所有这些能源的起源，你会发现几乎所有的能源——不仅仅是太阳能——都来自太阳。化石燃料是由数百万年前储存太阳能的动植物残骸形成的。这些动植物的所有能量都直接或间接地来自太阳。太阳对某些地区的加热程度高于其他地区，从而导致风。太阳的能量驱动水循环，使水在地球表面流动。风能和水能都可以用作可再生资源。
化石燃料，包括煤炭、石油和天然气，是非可再生资源。数百万年前，植物利用太阳能形成糖类、碳水化合物和其他富含能量的碳化合物，这些化合物后来转化为煤炭、石油或天然气。储存在这些燃料中的太阳能是丰富的能源，但化石燃料的形成需要数百万年，而我们却在短短几十年内将其耗尽，很快就会耗尽。化石燃料是非可再生资源。化石燃料的燃烧还会释放大量的温室气体二氧化碳。
可再生能源包括太阳能、水能、风能、生物质能和地热能。这些资源通常可以以我们使用它们相同的速度得到补充。科学家知道太阳将继续照耀数十亿年，只要有太阳，我们就可以利用太阳能。水从高处流向低处，风从高压区域吹向低压区域。我们可以利用风和水的流动发电，并且可以依靠风和水继续流动。生物质能的一些例子包括燃烧木材或将谷物转化为生物燃料。我们可以种植新的树木或作物来替代我们使用的作物。地热能利用岩石中被岩浆加热的水。当我们取出热水时，岩浆会加热岩石中的更多水。
然而，即使是可再生资源也可能带来问题。我们可能会砍伐过多的树木，或者我们可能需要将谷物用于食品而不是生物燃料。一些可再生能源的成本过高，无法得到广泛应用，或者会导致某些类型的环境问题。随着技术的进步和越来越多的人使用可再生能源，价格可能会下降。而且，随着我们耗尽化石燃料，它们的成本将会上升。在某个时刻，即使可再生能源很昂贵，非可再生能源的成本也会更高。最终，我们将不得不使用可再生能源（并进行节约）。
对于可再生资源和非可再生资源，至少有两件重要的事情需要考虑。一个是，我们必须有一种切实可行的方法将资源转化为有用的能源形式。另一个是，我们必须考虑将资源转化为能源时会发生什么。
例如，如果我们从燃烧燃料中获得的能量远小于制造燃料所投入的能量，那么这种燃料可能不是一种实用的能源。另一方面，如果另一种燃料为我们提供了大量的能量，但也产生了大量的污染，那么这种燃料也可能不是最佳的能源选择。
- 根据能量守恒定律，能量既不会被创造也不会被消灭。
- 可再生资源可以以其使用速度得到补充。
- 非可再生资源的数量有限，或者其使用速度快于其补充速度。
- 任何以任何方式移动或变化的事物都需要什么？
- 我们大多数能源的最初来源是什么？
- 当你的身体分解你吃的食物时，它以什么形式储存食物中的能量？
- 当我们燃烧燃料时，会释放出什么使工作得以完成？
- 对于生物质能、煤炭、天然气、石油和地热能，请确定每种能源是可再生还是非可再生。解释你的理由。
- 在判断能源资源对我们的帮助程度时，哪些因素很重要？
- 可充电电池是可再生能源吗？解释。
- 化学能
- 储存在化学物质中原子之间连接中的能量。
- 能量
- 移动或改变物质的能力。
- 燃料
- 在化学变化中可以释放能量的物质。
- 动能
- 物体由于运动而具有的能量。
- 能量守恒定律
- 说明能量既不会被创造也不会被消灭的定律。
- 势能
- 储存在物理系统内的能量。
- 化石燃料需要多长时间才能形成？
- 所有化石燃料都是非可再生资源吗？
- 所有化石燃料对环境的影响都一样吗？