第四章 能源和材料-学生探索百科全书（上卷）

能源和材料 第四章 “我们在我们的劳动过程中学习思考；劳动的结果，我 们认识了世界的奥妙，于是我们就真正来改变生活了。” ENERGY AND MATERIAL 能源和材料伴随着人类活动的每一步，可以说人类的历史就 是对能源和材料发现、利用的历史。大自然为人类提供了丰富的 水、煤、石油、天然气、金属……人类依靠它们创造了辉煌的地 球文明。 然而，大自然所给予人类的财富并不是无限的。面对能源紧 张的情况，世界各国除了充分利用现有的传统能源外，都在大力 研究开发新能源。于是，水能、风能、太阳能、核能成为人们研 究的热点，并开始为人类服务。 在寻找新能源的同时，人们也在努力开发新的材料。各种 人工合成材料应运而生，把人类物质文明的发展又向前推进了 一大步。 新能源、新材料的开发和利用，揭开了人类历史灿烂的一页。 —— 高尔基(苏) 4 学生探索百科全书 THE NEW ENCYCLOPEDIA 上卷·科学探索 OF STUDENT EXPLORATION 能源和材料 6564 学 生 探 索 百 科 全 书 科学探索 全新日光浴 太阳能的开发和利用 太空帆船 自从人类能够进行太空飞行以来，用作飞行 动力的只有火箭发动机。而现在，人类找到了克服 地球强大引力的新途径。俄罗斯于2003年 8月发 射了一艘特别的太空飞船——“宇宙1号”太空帆 船。这次试验性发射的目的在于检测借助太阳光 的压力控制航天器飞行的可行性，这将为今后的 星际飞行奠定可靠的技术基础。“宇宙1号”是第 一艘没使用发动机的太空船，升空后完全依靠太 阳能获得动力。在没有空气阻力的宇宙空间里，太 阳光子会连续撞击“宇宙1号”的太阳能帆，使太 阳能帆获得的动量逐渐增加，从而形成加速度。像 “宇宙1号”这样规格的航天器能在5年内抵达冥 王星，而传统宇宙飞船最快也要飞上9年。太阳光 正作为一种新能源在星际旅行方面发挥着巨大作 用，因此专家预计太阳能太空飞船有一天将超越 传统的火箭发动机 成为宇宙飞船的主 要动力源。 来自太阳的巨大能量 地球所接受到的太阳能只 占太阳表面发出的全部能量的 二十亿分之一左右，这些能量 相当于全球所需总能量的 4 万 倍，几乎可以说是“取之不尽， 用之不竭”。而且，太阳能和石 油、煤炭等化石燃料不同，不会 导致全球性气候恶化，也不会 造成环境污染。因此，太阳能的 利用受到越来越多国家的重视， 大家正在竞相开发各种光电新 技术和光电新材料，以扩大太 阳能的应用领域—发电、取 暖、供水以及各种各样的太阳 能动力装置。 不 久之后，我们就可以用身上穿的衣服来为手机充电了，这时的日光浴便多了一层别样的意 味。这是因为科研人员发明了一种柔性塑胶太阳能电池，这种电池能利用阳光中的红外线， 并且可以在布、纸和其他材料表面形成一层柔性膜，这层膜可以把30%的太阳能转化为可利用的 电能。由于这种电池能利用有弹性的材料来转化太阳能，因此可以把它与其他材料编织在一起， 形成类似现在合成纤维的材料，然后把它做成可以穿在身上的太阳能板。这些新型太阳能板的制 造方法与传统太阳能板类似，但它只比照相用的底片厚一点。一片缝在夹克背面的柔软的太阳能 板价值不到10英镑(约等于136元人民币)，却可以在夏季外出散步时为手机充电。在可再生资源 储量几近枯竭和生态环境日益恶化这两大危机的夹击下，太阳能的开发和应用显得更加突出，太 阳能建筑、太阳能灯、太阳能汽车等已进入应用阶段，还有许多对太阳能的开发正在酝酿中。人 们期待着“太阳能时代”的到来。 这个巨大的镜面是内向弯曲的， 照在它上面的太阳光，都反射 到水塔顶的一个小点上。 太阳能电站 这是世界上第一座太 阳能发电站。它于1969 年建于法国的奥黛罗 市。它是利用反射的太 阳光，把水烧至沸腾， 然后再用水蒸气推动 汽轮机来发电。 在这个水塔里，水变 为水蒸气。水塔里的 温度可达3800℃。 太阳能电池 在将太阳能转化成电能的过程中，最核心的装置还要算 太阳能电池。可以说，太阳能电池的开发、生产直接影响着 太阳能发电的前景。太阳能电池或称“光电池”，是一种把太 阳能直接转变为电能的半导体元件。半导体材料有一种效应 叫作“光生伏打效应”，即当半导体材料受到光照时，其内的 电荷分布状态发生变化，半导体两端会产生电位差，继而产 生电流。 建筑中的太阳能 目前，太阳能技术在建筑中的应用 主要包括：提供生活热水、采暖及太阳光 伏发电技术的应用。其中，太阳能热水器 是最为人们所熟悉的。据估算，每平方米 太阳能热水器年平均节煤150千克，节电 450千瓦，减排二氧化碳100千克。太阳 能建筑中的采暖主要包括主动采暖空调 技术与被动太阳房采暖技术，前者使用 太阳能热水器与溴化锂制冷机结合，实 施冬季采暖和夏季制冷，但由于成本偏 高，目前仍处在示范阶段；