《化学能与电能》课件

化学能与电能探讨化学能如何转化为电能的过程了解不同化学反应的电化学原理和应用,课程导入化学能探讨化学能的本质、性质和形式电能了解电的发现、电流的概念和性质转换与应用讨论化学能与电能的相互转换及其应用什么是化学能？能量转换化学键的形成与断裂生命活动的能量来源化学能是物质在化学反应过程中释放或化学反应涉及原子之间化学键的形成与生物体通过食物中化学能的代谢获得维吸收的能量这种能量转换可以产生热断裂这个过程中会释放或吸收能量这持生命活动所需的能量化学能在生命,量、电能等其他形式的能量就是化学能的来源活动中扮演着关键角色化学能的性质稳定性保存性转换性可控性化学能是具有一定稳定性的化学能能够在一定条件下长化学能能够通过化学反应转化学反应可以通过控制反应能量形式需要通过化学反期保存不会像动能和热能换成其他形式的能量如热条件如温度、压力等来调控,,,应才能释放或转换成其他形那样很快消失或散失能、电能等具有广泛的应化学能的释放使能量转换,,式的能量用价值过程受控化学反应与能量能量释放1化学反应通常伴随着能量的释放或吸收热量变化2反应过程中会产生热量变化电子转移3化学反应涉及电子的转移和重组化学键断裂4化学键的断裂会释放或吸收能量化学反应是一种涉及原子和分子之间相互作用的过程这些相互作用能够改变化学物质的组成和结构,并且通常伴随着能量的释放或吸收理解化学反应与能量之间的关系对于我们认识化学现象、设计化学工艺和应用化学技术都非常重要化学能的形式热化学能电化学能12通过化学反应释放的热量可化学反应产生电子流动可用,,以转化为各种形式的能量于产生电能和电流光化学能生物化学能34部分化学反应需要光能作为生物体内的化学反应可以释激发源光能可以转化为化学放化学能供生命活动利用,能化学能的应用燃料电能转换化学能常应用于各种燃料如汽油、柴油等提供动力和热能通过化学反应可将化学能高效转换为电能广泛应用于电池、发,,,,电等领域照明和加热工业化学品一些化学能反应如燃烧过程可产生光和热用于照明、取暖等化学反应还广泛应用于制造各种化工产品如肥料、塑料、药品,,,等什么是电能？电能的定义电能的单位12电能是一种可以做功的形式电能的单位是焦耳，用以J的能量，它通过电路中电流表示电能的数量的流动来传输和转换电能的来源电能的应用34电能可以来自于化学能、光电能广泛应用于日常生活和能、热能等其他形式的能量工业生产中，为人类提供光通过转换而得照、动力等各种用途电的发现古希腊时期古希腊科学家发现如琥珀和水晶这样的物质能够吸引轻物,这被认为是电的初步发现古代中国与印度古代中国和印度也有关于静电和电现象的记录,但并未系统开展进一步的研究威廉·吉尔伯特1600年左右,英国科学家吉尔伯特系统地研究了静电现象,并提出了电这一术语本雅明·富兰克林1740年代,美国科学家富兰克林开展了关于静电和闪电的研究,对电学有重要贡献电荷及其性质正电荷负电荷电荷守恒定律正电荷是带有正电量的粒子如质子其负电荷是带有负电量的粒子如电子其电荷不会被创造或消失只能转换形式,,,性质是吸引负电荷相互排斥性质是吸引正电荷相互排斥正电荷和负电荷总和始终保持恒定,,电流的概念电流定义电流单位电流是指在导体中电荷的定向电流的单位为安培，代表单A和连续性流动它是一种能量位时间内通过某一截面的电荷传输的形式量电流方向电流性质电流的方向通常视为正电荷从电流具有可测量、可控制及可正极流向负极，即为电流的传传递能量等特性是电力系统和,统方向电子设备的基础电流的测量电流表1直接测量电路中的电流大小电压表2间接测量电路中的电流大小欧姆表3既可测电压又可测电流电流的测量是非常重要的它可以帮助我们了解电路的工作状态并进行相应的调整和优化常用的电流测量方式有电流表直接测量,,、电压表间接测量以及万用表综合测量等每种方法都有自己的优缺点需要根据实际情况进行选择,,欧姆定律电压电阻电流电压是电路两点之间的电势差，用来推电阻是阻碍电流流动的要素决定了电路电流是单位时间内通过某一截面的电荷,动电流流动中的电流大小量反映了电路的输出能力,欧姆定律描述了电压、电流和电阻三者之间的关系用公式表示为该定律揭示了电路的基本规律为分析和设计电路提供了重,V=IR,要依据理解和应用欧姆定律对于掌握电工电子知识和解决实际问题非常重要电阻的性质电阻值温度影响功率消耗耐压性能电阻是用来阻碍电流流动的大多数物质的电阻会随着温电阻器在电流通过时会产生电阻器还需要满足一定的耐元件电阻值越大，电流越度的升高而增加这是因为热量这种热量就是电阻器压要求避免绝缘击穿耐,,小电阻值取决于材料、长温度上升会导致原子分子的的功率消耗功率越大电压越高电阻器就越可靠,,度和截面积热运动更加剧烈阻器就会越热电路基本定律电压定律电压源两端的电压值恒定不变且等于电源的电动势,电流定律一个闭合电路上的任何一点进入和流出该点的电流代数和为,0欧姆定律电路中电压、电流和电阻之间存在着直接成比例的关系电路分析方法节点分析法1通过确定节点电压并建立节点电流方程来分析电路可以全,面了解电路中各个点的电压和电流网孔分析法2识别网孔并分析网孔电流可以更直观地预测电路中各个部分的电流分布叠加原理3将复杂电路拆分成多个单独的电路分别分析后叠加结果可,以得到总体效果电功率的计算电能的转换与利用电能转化为其他形式电能的高效利用12电能可以转化为光能、热能通过技术创新我们能够提高,、机械能等多种形式广泛应电能的利用效率降低能源消,,用于日常生活和工业生产耗实现可持续发展,电能的分布式利用电能在可再生能源中的34应用分布式发电系统可提高电网灵活性减少输电损耗是电太阳能电池、风力发电等可,,能利用的重要趋势再生能源直接产生电能,为电能的清洁利用提供了新方向电池与电池原理化学反应原理极性与电位差电池通过化学反应产生电流其中化学能被转化为电能反应过电池由正负极构成两极之间会产生电位差电位差越大电池的,,,程中会有氧化还原反应发生电压越高输出的电能越强,电解质溶液自发反应与充放电电池内部含有能够离子传导的电解质溶液离子流动促进了电子电池在放电时发生自发的化学反应而在充电时则需要外加电流,,在外电路中的流动来驱动相反的化学反应电池的结构及特性电池内部结构电池容量电池使用寿命电池由外壳、正负极、隔膜和电解液组电池的容量取决于正负极的化学特性和电池的寿命取决于使用频率和深度放电成外壳提供机械保护而内部构件则负内部结构容量越大电池能够提供更长程度适当使用和维护可延长电池的使,,责发电和储存电能时间的供电用寿命电池的种类及应用碱性电池锂离子电池铅酸电池镍氢电池碱性电池使用氢氧化钾作为锂离子电池有能量密度高、铅酸电池结构简单、成本低镍氢电池具有功率密度高、电解质具有容量大、寿命充放电循环寿命长等特点廉常用于汽车起动、应急安全性好等优点多用于电,,,,长、价格低廉等优点常用广泛应用于移动设备、电动照明等场合但容量相对较动工具、混合动力车等设备,于日常电子设备车等领域小、充放电循环寿命短燃料电池原理及应用燃料电池原理移动式应用固定式应用燃料电池利用氢和氧之间的化学反应直燃料电池广泛应用于移动设备和交通工大型固定式燃料电池发电站可用于分布接转换为电能无需中间转换步骤效率高具如电动车、无人机等提供持久稳定的式能源系统为住宅和商业楼宇供电具有,,,,,,且环保电极中发生的氧化还原反应产电力供给替代传统化石燃料节能环保的优势,生电子流从而产生电流输出,太阳能电池原理及应用光电效应硅基太阳能电池太阳能电池的工作原理是利用硅基太阳能电池是目前最常见光电效应将太阳能转换为电能和应用最广泛的太阳能电池类,光子激发电子跃迁产生电压型转换效率可达以上,20%和电流太阳能电池应用太阳能电池广泛应用于家用、工业、航天航空等领域是可持续发展的,清洁能源利用方式化学能与电能的关系化学能转化1通过化学反应可以将化学能转化为电能电化学原理2电化学反应可以利用化学能产生电力电池与燃料电池3将化学能转换为电能的常见设备化学能和电能之间存在密切的联系通过化学反应可以释放出化学能并将其转化为电能反之利用电化学原理也可以将化学能转,,化为电能这种转化机制被广泛应用在电池和燃料电池等设备中为我们提供了电力的重要来源,化学能到电能的转换过程电化学反应1利用化学能直接转化为电能电子传递2电子在氧化还原反应中移动电势差3离子浓度差导致的电势梯度通过电化学反应化学能可以直接转化为电能在这个过程中电子在氧化还原反应中移动产生电势差从而产生电流电化学反应,,,,中的电子流动和电位差是化学能转化为电能的核心机制电化学腐蚀及防护电化学腐蚀腐蚀防护金属在潮湿的环境中容易发生电化学腐蚀这是由于金属表面可采用涂料、阳极氧化、牺牲性阳极等方法隔绝金属与腐蚀,存在微小的电化学电池导致金属逐步溶解和损坏性环境的接触有效防止电化学腐蚀,,金属的电化学腐蚀电化学原理影响因素12金属腐蚀是一种电化学过程金属腐蚀受到值、温度、,pH金属表面会发生氧化反应产电位差、溶解氧等多种因素,生金属离子溶解到溶液中的影响会导致不同程度的腐,蚀常见腐蚀类型防护方法34包括全面腐蚀、局部腐蚀、通过涂层、阴极保护、添加缝隙腐蚀、应力腐蚀等需要抑制剂等措施可以有效减缓,,采取不同的防护措施金属的电化学腐蚀电化学沉淀与镀层电化学沉淀利用电化学反应在金属表面沉积金属薄膜的技术可以提高耐磨性、耐腐蚀性和美观性应用广泛,如电镀装饰品、保护零件等电化学镀层将金属离子通过电化学反应沉积在金属表面以形成镀层的过程镀层可以改善表面性能,提高耐用性和美观度常见于电镀、化学镀等技术电化学防腐利用电化学反应在金属表面形成保护层,阻止腐蚀介质与金属直接接触,提高抗腐蚀性能广泛应用于机械零件、桥梁、船舶等领域电化学反应的应用金属镀层电池和燃料电池电化学反应可用于在金属表面电化学反应是电池和燃料电池沉积其他金属形成耐腐蚀、装的工作原理将化学能转化为电,,饰性的镀层广泛应用于日用能广泛应用于电子设备、交通,品、汽车零部件等制造工具等领域污水处理金属提取电化学氧化还原反应可用于去电解法是提取金属的主要方法除水中有害物质如重金属离子之一通过电化学反应从含矿石,,和有机污染物在污水处理中发或废料中提取和纯化有价金属,挥重要作用课程小结知识要点概括重点内容回顾实践应用展示本课程通过系统地探讨了化学能与电能涵盖了电池、燃料电池等电化学装置的通过实验演示加深了学生对化学能与电,的基本概念、性质及转换过程为学生奠工作原理以及电化学腐蚀与保护等应用能转换过程的直观理解培养了动手能力,,,定了扎实的基础知识知识课堂思考与实践理解化学能与电能的转尝试实验操作12换进行简单的电池制作或电化思考化学反应如何产生电能,学沉淀实验,亲身感受转化过以及电能如何转化为化学能程加深对相关概念的理解,探讨相关的化学原理和技术应用发挥创意思维团队合作讨论34结合日常生活思考化学能与与同学分组探讨互相分享见,,电能在能源、材料、环保等解共同探讨化学能与电能在,领域的创新应用前景现实生活中的应用。