熱能檢視原始碼討論檢視歷史
| 熱能 | |
|---|---|
熱能( thermal energy )，它是生命的能源。 人的每天勞務活動、體育運動、上課學習和從事其他一切活動，以及人體維持正常體溫、各種生理活動都要消耗能量。就像蒸汽機需要燒煤、內燃機需要用汽油、電動機需要用電一樣。[1]
熱能與熱量不同，熱能是狀態量，熱量是過程量。熱量只有在熱傳遞中才會出現。
來源
人體的熱能來源於每天所吃的食物，但食物中不是所有營養素都能產生熱能的，只有碳水化合物、脂肪、蛋白質這三大營養素會產生熱能。
人體每時每刻都在消耗能量，這些能量是由所攝取食物的化學能轉變而來的。食物中能產生能量的營養素是蛋白質、脂肪、碳水化物，它們經過氧化產生能量，供給機體維持生命、生長發育、從事各種活動的需要。[2]
機體攝入和消耗的能量通常用熱量單位"卡"或"千卡"表示。營養學上一般多採用"千卡"。
供給熱能的營養素在腆食中所占的比例，可因共特點、在機體中的作用、飲食習慣和各地食品的種類而不同一般情況下，人們膳食中大約總熱量的60~70%來自碳水化物，16~25%來自脂肪，10~14%來自蛋白質。
產生
每克碳水化合物在體內氧化時產生的熱能為16.74千焦耳(4千卡)，脂肪每克為37.66千焦耳(9千卡)，蛋白質每克為16.74千焦耳(4千卡) 熱能的單位。
單位換算
常指能使1升水升高1攝氏度所需的熱量，就相當於4.184千焦耳的熱能。單位換算如下: 1千卡=4.184千焦耳 1千焦耳=0.239千卡
地熱資源
地熱資源開發利用溉況:
隨着我國向西部轉移的戰略目標的實施，中西部地區的地熱工作已逐步得到加強，並已取得顯著進展。在地熱發電、採暖、溫室、養殖、康復醫療、提取化工原料、旅遊以及瓶裝礦泉水等方面已獲得廣泛利用。
1、地熱發電
我國擁有150℃以上的高溫溫泉區近百處，集中分布在藏南、滇西和川西地區，成為我國開發利用高溫地熱能資源最有遠景的地區。著名的羊八井地熱田是我國興建的第一座地熱電站，自1977年9月建成試驗發電以來，裝機容量已達25.15MW，占拉薩電網總裝機容量的41.5%，在冬季枯水季節，地熱發電出力占拉薩電網的60.0%，成為其主力電網之一。朗久電站和那曲電站是我國興建的第二和第三座電站，其裝機容量分別為2.0MW及1.0MW，已停止運行。湖南省寧鄉灰湯地熱田已建成小型地熱電站，情況不明。
2地熱採暖
我國地熱採暖有很大的增長，尤其在北方，如北京、天津、大港、任丘、大慶、西安、咸陽、開封等地，取得了良好效果，既節約了常規能源，又減少了環境污染。西安地熱田勘查工作不斷加強，已成井120餘眼，供暖面積已過1000000m2[9]。咸陽地熱田自1993年打成第一眼地熱井以來，現已成井18眼，利用地熱採暖的面積已過400000 m2[10]。開封地熱田於1991年由河南省地礦廳打井公司施工完成了第一眼地熱井，現已打井60餘眼，在省內率先進行地熱供暖開發，供暖面積達120000m2[11]。
3地熱農業利用
我國中西部大部分地區屬農業區，無論是山區或平原地區，地熱資源均十分豐富，為地熱在農牧副漁等方面的廣泛利用提供了優越的資源條件。地熱資源已有效地利用於溫室種植(蔬菜、花卉等)、水產養殖、禽類孵化、育雛、農田灌溉、育秧、繁育水稻等方面，效益顯著。羊八井地熱田除發電外，建造了面積達50000 m2的地熱溫室，種植西紅柿、黃瓜、青椒等20餘種蔬菜，取得良好效益。湖北英山的地熱水已有效地利用於繁育水稻和水浮蓮、育秧、灌溉、魚類養殖等方面，使水稻的結實率由1971年的13.5%提高到98.6%。山西臨猗縣的吳王溫泉，水溫36℃，流量高達30000 L/s，礦化度0.80~0.13g/L，水中含硝酸銨0.34g/L。該溫泉與陝西省合陽縣的瀵泉連成一線，均屬天然肥水，已用於農田灌溉，河南的臨汝、魯山上湯等溫泉利用地熱水灌溉農田，取得良好效果。利用地熱水灌溉農田，不僅能使農作物早熟，而且還能增產。
4地熱工業利用
我國中西部地區地熱水中含有許多貴重的稀有元素、放射性元素、稀有氣體和化合物，如:溴、碘、硼、鋰、銣、銫、鍶、鐳、氦、重水和鉀鹽等，是國防工業、原子能工業、化工工業及農業不可缺少的原料。僅在化工工業和輕紡工業等方面獲得較好的利用。20世紀50年代末，石油部門在四川盆地中部打成一口基準井--蓬基井，揭露了埋藏於盆地深部的熱滷水資源，以後陸續打成一批熱鹵井，除製鹽外，還提取溴、碘等化工原料，至今已開採40餘年，據調查，該井熱滷水礦化度、水化學類型和微量成分的含量變化不大，動態穩定。湖北英山在20世紀70年代，就已將地熱水利用於棉織、麻紡、繅絲、製革、制磚、造紙等目的，四川康定毛紡廠利用地熱水洗毛;此外，在雲南騰衝熱海硫磺塘，採用掏洗方法提取硫磺，而在雲南洱源縣的九台(九氣台)溫泉區則直接挖取芒硝和自然硫等，均已取得良好效果。
5地熱醫療與旅遊
由於地熱水具有較高的溫度、特殊的化學成分、氣體成分、少量生物活性離子以及放射性物質等，並在一些地熱區形成礦泥，對人體具有明顯的醫療、保健作用，用於醫療、保健早為人們所關注。我國地熱醫療利用的歷史十分悠久，已建立具有一定規模的溫泉療養院200餘座。我國中西部的許多地區既擁有醫療礦水資源，又擁有溫泉旅遊觀光資源，不少已成為著名的礦泉旅遊療養勝地，如陝西省臨潼的華清池、河南省的汝州、內蒙古自治區的阿爾山、重慶市的南溫泉和北溫泉以及新疆維吾爾自治區烏魯木齊市的水磨溝、雲南省的昆明市和西部的騰衝、西藏自治區的羊八井等地，均在溫泉區建有療養院。內蒙古自治區的阿爾山鎮，人口不足8000人，但擁有溫泉、冷礦泉等資源和優美的自然環境，據了解，每年接待旅遊、療養的人次可達30萬。雲南騰衝熱海71醫院利用地熱蒸療和浴療，對治療運動系統、神經系統、消化、呼吸系統、皮膚病、婦科、關節炎等20多種疾病有良好療效。
隨着我國城市建設和旅遊業的發展，地熱市場不斷拓寬，地熱醫療結合旅遊、休閒、娛樂、度假的利用規模迅速擴大，據調查，我國中西部自20世紀90年代以來，地熱探井的數量明顯增加，對地熱資源的開發利用因地而異， 其特點是:
(1)在已有地熱井的地方，如四川大邑縣花水灣的石油探井，經改造後將自流熱水輸送至7km以外的地方利用，現已建成為全國著名的溫泉療養地。
(2)通過較長距離(由數公里至10餘公里)的輸送，選擇環境宜人、風景優美的地方，如谷地或河、湖畔，建立起園林式住宅區--溫泉花園、溫泉度假村或溫泉鄉都，如四川省峨眉的天頤溫泉鄉都、重慶市的"海蘭雲天"、"天賜"等溫泉小區，利用地熱水建有大小不等(數米至數十米)、溫度不同、功能各異的溫泉游泳池，供人們游泳、治病、健身。
(3)在一些已建有住宅小區的地方，地表無溫泉出露，而且，以往也從未打過地熱井，如重慶市的水天花園。為在當地尋找地熱資源，地勘隊伍進行了充分的地質論證，正確選定鑽孔位置，在預定的深度上打出了地熱水資源，為小區的發展提供了資源條件，儘管房價上漲，住宅仍然銷售一空，效益十分顯著，現已規劃了第二期、第三期建房工程和興建溫泉遊樂設施等。
(4)增加了綜合利用的內容，如在浴池中加上當歸、枸杞子、蘆薈等中藥進行藥物沐浴以及投入玫瑰花瓣、薄荷、牛奶等添加劑沐浴利用，達到醫療、健美、美容等目的。此外，在四川中部的蓬萊熱鹵田，高礦化熱滷水十分豐富，除提取化工原料外還利用其特有的浮力建立滷水游泳池，將化工廠的熱滷水與岩鹽滷水混合，使其礦化度達到220g/L後輸入游泳池利用，據說不會游泳的人也能躺在水池的水面上讀報，或"修身養性"，別有情趣，這在我國尚屬首次。
6礦泉飲料業
我國中西部地區的許多熱礦水中，含有鋰、鍶、溴、碘、鋅、硒等微量元素和碳酸氣等，已分別達到我國飲用天然礦泉水國家標準，有的不只單項達標，而是多項達標，對人體具有良好的醫療保健作用。礦泉飲料業已取得一定進展，效益顯著。貴州省已經評價的飲用天然溫泉有25處，已在其中12處建立飲用天然礦泉水廠。在河南陝縣溫塘、鄭州市等地均建有礦泉水廠[12]。
重要性
營養就是生長發育的"建築材料" 生長是指細胞的繁殖、增大及細胞間質的增加，表現為全身各部分、各器官、各組織的大小、長短及重量的增加;發育是指身體各系統、各器官、各組織功能的完善。生長主要是量的變化，發育主要是質的變化。生長發育除產生體格方面的生理變化以外，還包括神經系統以及由此引起的心理素質的變化。影響生長發育的主要因素有遺傳和營養、疾病、鍛煉、生活水平、社會環境、氣候因素等，其中營養因素占有十分重要地位。蛋白質、脂肪、糖類及維生素等七大營養素，對生長發育均起着極其重要的作用。
例如，構成人體組織的基本單位是細胞，細胞的主要成分是蛋白質。新的組織細胞的構成，細胞的繁殖、增大及細胞間質的增多，都離不開蛋白質。又如碳水化合物、脂肪、鯴等營養素，也都是構成組織細胞的重要成分和生長發育的重要物質基礎。 學生的身高、體重發育受膳食結構發生了很大變化，以致1935-1980年期間，日本兒童的生長發育水平來了個加速性提高。由於日本政府十分重視營養，從而使日本成為當今世界的經濟強國和長壽之國。以致被世界從多學者概括為:"一頓營養午餐即振興了日本民族"。
我國兒童青少年的生長發育水平，非常顯著的為90年代高於60年代高於40年代。這也充分說明了營養因素對中國兒童青少年身高、體重的增長起到了明顯的促進作用。 因此，不論是生長還是發育都少不了營養，營養既是決定生長發育潛在水平最終發揮得如何的重要因素，也是影響生長發育最為重要的"建築材料"。
需要量
熱能的需要量指的是維持身體正常生理功能及日常活動所需的能量,如低於這個數量,將對身體產生不良影響。人體需要的能量也即包括基礎代謝所需的能量、勞動活動所需的能量、消化食物所需的能量等三個方面。對於處在生長發育階段的兒童青少年，由於身體的新陳代謝特別旺盛，對熱能的需要量較高。
一個人如果其熱量攝入不足，就會使體內貯存的糖逐漸減少，到一定程度時，就將開始動用脂肪，並消耗部分蛋白質，使肌肉和內臟萎縮、消瘦、乏力、體重減輕、變得"骨瘦如柴"，各種生理功能受到嚴重影響，甚至危及生命。
在日常生活中，有些學生經常少吃或不吃早餐，由於體內熱能不足，使得血糖降低，在上第二節課以後往往產生飢餓感，自覺手足無力，上課時思想不集中。這就是吃的食物不夠，能量不足所造成的，日久還會影響生長發育。 但是，如果每天吃過多的糖果、甜食等，使食物的產熱量超過需要量，那麼多餘的能量就會轉化脂肪，積聚在皮下組織，使皮下脂肪增厚，體重超過正常範圍，會出現肥胖現象。並將成為成年期的高血壓、糖尿病、心血管病等器質性疾病的先兆因子。
區別內能
從分子運動論觀點看，熱能的本質是物體內部所有分子動能(包括分子的平動能和轉動能)之和，而內能除包括物體內部所有分子的動能之外，還包括分子間勢能的總和，以及組成分子的原子內部的能量、原子核內部的能量、物體內部空間的電磁輻射能等。但在一般熱現象中，不涉及分子結構和原子核的變化，並且無電磁場相互作用，化學能、原子能以及電磁輻射能都為常數。因為人們通常研究的是能量之差，所以，這幾種內能通常不考慮。因此，內能通常是指物體內部分子無規則運動的動能與分子間勢能的總和。可見，熱能只是內能中的一部分，把熱能與內能等同起來是錯誤的。
熱能只能由高向底單方向傳遞，也是一種勢能，傳輸的過程做功而消耗了能量。