IB 物理/能量、功率和气候变化
在任何系统中，热能（热量）可以在一个单一过程中转化为功（例如，用炉子加热活塞使其膨胀做功），但要持续地从该能量中获得功，需要进行循环过程，能量从系统转移以使其恢复到初始状态（例如，在活塞达到最大体积后将其冷却，使其恢复正常，并继续从炉子的热能中获得功）。
你需要能够陈述这一点。
降级能量是任何过程结束后释放到周围环境中的热能。一旦释放到周围环境中，这种热能就完全无法用于能量生产，被认为是“死亡”或“降级”能量。
你需要能够解释这个概念。
桑基图是一种旨在显示发电过程中各个阶段的能量损失的图。在图的左侧，所有要转换的能量都以箭头的茎表示。向右移动时，箭头会向两侧分支（取决于具体的图），以表示能量损失占初始能量（以焦耳或等效单位表示）的百分比，直到到达末端，代表该过程中产生的可用能量。
需要注意的是，茎的厚度与剩余可用能量的百分比成正比，必须保持一致。例如，如果你在一个图纸上绘制一个桑基图，你可以让茎的宽度为 10 个方格。然后假设第一个能量损失为 10%。因此，从主茎分支出来的箭头宽度为 1 个方格，其余部分的茎宽度为 9 个方格（或 90%）。
你需要能够绘制和解释这些图，包括 8.3 和 8.4 节中详细介绍的系统。
为了从发电厂生产电能，线圈在磁场中旋转。这被称为发电机。请注意，说涡轮机产生能量并不能获得任何分数。涡轮机只是将线性动能（例如，来自蒸汽轮机中的蒸汽）转换为旋转动能，供发电机使用。
你需要能够概述这个概念。这个过程在第 12 章：电磁感应中进行了更详细的介绍，但本课程这一部分不需要这些细节。
你应该知道以下能源的存在：煤炭、天然气、石油、生物燃料、核燃料、风能、潮汐能、太阳能和波浪能。
煤炭是植物物质，经过数千年，变成了沉积岩。在形成过程中，它几乎去除了所有的水分。石油和天然气是缺氧条件下植物物质腐烂的产物 - 它们存在于地下的储层中，天然气位于石油的正上方。生物燃料是用甘蔗等物质制成的燃料。太阳能、风能、潮汐能和波浪能非常直观。核燃料通常由铀-235 组成，从地下开采而来。
在很大程度上，太阳是我们所有能源的主要前体 - 化石燃料是由长期死亡的植物物质（由于太阳的存在）形成的，而波浪能、太阳能和风能都与天气有关（太阳在天气中起着重要的作用）。
你需要能够识别这些来源。
可再生能源和不可再生能源的主要区别在于，不可再生能源（化石燃料）在用于发电时会释放 CO2。或者，你也可以简单地说，不可再生能源是被燃烧的。
然而，值得注意的是，生物燃料，它几乎可以被归类为可再生能源，因为它没有使用长期腐烂的物质，在使用时确实会释放 CO2。但与化石燃料不同，它可以通过种植更多源产品来更新。
你需要能够区分两者。
比能量是指单位质量燃料所含的能量，单位为 Jkg-1。
能量密度是指单位体积燃料所含的能量，单位为 Jm-3。
你需要能够定义这个。
一般来说，能量密度高的燃料比能量密度低的燃料更受欢迎。铀-235 具有最高的能量密度，但启动和运行核电站的成本很高。在常用的化石燃料中，天然气的密度最高，其次是石油，然后是煤炭。
你需要能够讨论这些概念。
按使用比例排列的能源来源列表如下：石油 ≈ 35%，煤炭 ≈ 25%，天然气 ≈ 20%，可再生能源（所有可再生能源）≈ 15%，核能 ≈ 5%。
请注意，你只需要知道这些比例的近似值。比例才是真正重要的。
你需要能够陈述这一点。
你需要能够讨论之前列出的每种能源的优缺点。
化石燃料
- 在每个大陆上都能找到，因此相对容易找到和使用。
- 容易获得能量 - 相对于其他来源而言，没有大的技术要求。
- 基本上可以在任何地方轻松建造发电站。
核能
- 能量密度极高。
- 不会加剧全球变暖效应。
水力发电
- 与其他来源相比，效率很高。
- 运行成本低。
- 可再生。
- 不会加剧全球变暖效应。
波浪能
- 不会加剧全球变暖效应。
- 潜在的功率输出很高。
潮汐能
- 可再生。
- 不会加剧全球变暖效应。
太阳能
- 广泛的来源。
- 不会加剧全球变暖效应。
- 可以在更多偏远地区工作。
风能
- 不会加剧全球变暖效应。
- 有很多可能的建设地点。
- 可以在更多偏远地区工作。
化石燃料
- 对增强温室效应有很大贡献。
- 不可再生 - 以目前的消耗速度，供应很快就会耗尽。
- 能量密度低。
核能
- 设置和维护成本高。
- 产生高放射性和难以处理的废物。
- 反应堆熔毁的可能性。
水力发电
- 需要建造大型水坝 - 成本高。
- 导致上游洪水和下游干旱。
- 水坝可能破裂，水流释放会造成重大破坏。
波浪能
- 难以建造。
- 由于波浪的力量，维护成本高。
潮汐能
- 能量输出低。
- 建设时间长 - 成本高。
太阳能
- 能量输出非常低。
- 间歇性能量输出。
- 晚上无法工作。
风能
- 设置和维护成本高。
- 产生噪音污染。
你需要能够讨论这些要点。
工业革命期间化石燃料消耗量大幅增加。此前，煤炭、石油和天然气已被使用，因此人们知道去哪里获取它们。发电厂被建立起来，以从这些能源中大规模生产能量。
从地理位置上讲，化石燃料，尤其是煤炭，在世界各地至少以少量存在。这些是最容易找到的燃料来源。
你需要能够概述这些概念。
基本上，问题很可能会要求你计算能量密度（以 J/kg 衡量），给出效率、消耗燃料的质量 (M，以 kg 衡量) 和功率输出 (P，以 J 衡量)。正如所见，公式 *能量密度 = P×ε/M* 将被使用。
你需要能够讨论这一点。
以下问题可能由数字设备造成
量化 : 这是由于将连续模拟数据转换为单个数字数字造成的。
采样频率 : 数字系统只能每 x 秒（假设 0.01 秒）“获取”一段数据。如果数据在这段时间内发生重大变化，那么采样的结果将与实际信号几乎随机。