到了19世纪.由于以发拉底河麦克斯韦为代表的一批科学家在电和磁方面的重大突破.人们成功制造了各种电器设备.人类社会由 时代进入了 时代. 查看更多

 

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永 动 机

  人们在长期的生活和生产中认识到,人类的生存和发展离不开能源.人们是多么渴望生产一种不需要耗用任何能量而能永远不停工作的机器--永动机.下图所示的是一个永动机的设计方案:轮子中有一个转动轴,轮子边缘安装着12个可活动的短杆,每个短杆的一端装有一个铁球.方案的设计者认为右边的球与左边的球离轴远些,因此,右边的球产生的转动力矩要比左边的球产生的转动力矩大.这样轮子就会永无休止地沿着箭头所指的方向转动下去,并且带动机器转动.但事实上并未实现不停息的转动.仔细分析一下就会发现,虽然右边每个球产生的力矩大,但是球的个数少,左边每个球产生的力矩小,但是球的个数多.于是,轮子不会持续转动下去而对外做功,只会摆动几下,便停在图中所画的位置上.

  17~18世纪,永动机最为流行,人们曾提出各种永动机设计方案,有采用“螺旋汲水”,有利用轮子的惯性、水的浮力或毛细作用的,也有利用同性磁极之间排斥作用的.18世纪末,不少科学家开始怀疑制造永动机的可能性.1775年,法国科学院决议不再受理永动机的设计方案.这些事实,使人们逐步悟出一个道理:永动机不可能实现是由于某一普遍定律的限制,而这条定律至今还没发现.因此,它启示人们不再为设计永动机而煞费苦心,转而致力于这一未发规定律的挖掘工作.

  17~18世纪,经典力学中已蕴涵着机械能的转化和守恒的初步思想.伦福德等人对摩擦生热的研究,否定了热质说,提示了机械能与物体内能变化的关系.1800年发明了电池,不久又发现了电流的热效应、磁效应、化学效应及电磁感应,科学家们进一步展示出了自然界不同现象的相互联系、相互转化的图景.在其他方面,如生物学发现了动物的体温和进行机械活动的能量跟它摄取的食物的化学能有关.这一切,都为能量守恒发现做了必要的准备.19世纪40年代,不同国家的十几位科学家以不同的方式,各自独立地提出了能量守恒定律.人们认识到:能量既不会消灭,也不会凭空产生,能量有各种不同的形式,可从一种形式转化为另一种形式,从一个物体转移到另一个物体,在转化和转移的过程中能量的总量保持不变.能量守恒定律使永动机幻梦被彻底地打破.

  在制造上面所说的第一类永动机的这一尝试失败之后,一些人又梦想着制造另一种永动机,希望它不违反能量守恒定律,而且既经济又方便.例如,这种可直接从海洋或大气中吸取热量使之转化为机械功.由于海洋和大气的能量是取之不尽的,因而这种热可永不停息地运转做功,也是一种永动机.然而,在大量实践经验的基础上,英国物理学家开尔文于1851年提出一条新的普遍原理:物质不可能从单一的热源吸取热量,使之完全变为有用的功而不产生其他影响.看来永动机只是人们的美好愿望,永远也不可能实现.

(1)人类梦想制造的永动机有哪几类?为什么都没有实现?

(2)下图是两位发明家自制的永动机模型.你能否和其他同学讨论一下,它们能“永动”吗?

    

(3)人们为什么热衷于发明与制造永动机?

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温室效应

  近百年来,地球气候正经历一次以全球变暖为主要特征的显著变化.这种全球性的气候变暧是由自然的气候波动和人类活动增强的温室效应共同引起的.近50年的气候变暖主要是人类使用化石燃料排放的大量二氧化碳等温室气体的增温效应造成的.预测表明,未来50~100年,全球和我国的气候将继续向变暖的方向发展.

  气候变化已经给全球与我国的自然生态系统和社会经济系统带来了重要影响,而且许多影响是负面的.因此人类需要采取适应气候变化的措施来克服气候变化的不利影响.

  减少温室气体排放、减缓气候变化是《联合国气候变化框架公约》和《京都议定书》的主要目标.在参加气候变化框架公约的国际谈判中,我国面临的减排温室气体的国际压力将越来越大.

  1988年11月世界气象组织和联合国环境规划署建立的“政府间气候变化专门委员会(IPCC)”,是为各国政府和国际社会提供气候变化最新科学信息的权威机构.它在2001年发布的第3次评估报告指出了全球变暖对全球的生态系统以及社会经济系统产生的影响已经相当严重.

  我国是世界上气候变化的敏感区和脆弱区之一.

  引起气候系统变化的原因有多种,概括起来可分成自然的气候波动与人类活动的影响两大类.前者包括太阳辐射的变化,火山爆发等.后者包括人类燃烧化石燃料以及毁林引起的大气中温室气体浓度增加,硫化物气溶胶浓度的变化,陆面覆盖和土地利用的变化等等.

  人类活动会增加大气中温室气体的浓度并导致气候变化的研究,可以追溯到19世纪末.1896年,瑞典科学家斯万特·阿尔赫尼斯就对燃煤可能改变地球气候做出过预测.他指出,当大气中二氧化碳浓度加倍时,全球平均气温将增加5~6℃.之后,有许多科学家陆续对此问题进行了研究.1957年,瑞威拉等在美国发表了关于增加大气中温室气体浓度可能产生气候变化的论文.同年,美国夏威夷观象台开始进行二氧化碳浓度观测,从而正式揭开了人类研究气候变化的序幕.温室效应是这一话题的核心.它是指大气中的二氧化碳等气体透过太阳短波辐射,使地球表面升温;但阻挡地球表面向宇宙空间发射长波辐射,从而使大气增温.由于二氧化碳等气体的这一作用与“温室”的作用类似,故称之为“温室效应”,二氧化碳等气体则被称为“温室气体”.

  工业革命前,大气中的二氧化碳等气体造成的“温室效应”使得地球表面平均温度由-18℃上升到当今自然生态系统和人类已适应的15℃.一旦大气中的温室气体浓度继续增加,进一步阻挡了地球向宇宙空间发射的长波辐射,为维持辐射平衡,地面必将增温,以增大长波辐射量.地面温度增加后,水汽将增加(增加大气对地面长波辐射的吸收),冰雪将融化(减少地面对太阳短波的反射),又使地表进一步增温,全球变暖更显著.

  除了二氧化碳外,目前发现的人类活动排放的温室气体还有甲烷、氧化亚氮、氢氟碳化物、全氟化碳、六氟化硫.对气候变化影响最大的是二氧化碳.二氧化碳的生命期很长,一旦排放到大气中,最长可生存200年,因而最受关注.

  排放温室气体的人类活动包括所有的化石能源燃烧后排放的二氧化碳.在化石能源中,煤含碳量最高,石油次之,天然气较低.化石能源开采过程中的煤炭瓦斯、天然气泄漏时排放的二氧化碳和甲烷;水泥、石灰、化工等工业生产过程中排放的二氧化碳;水稻田、牛羊等反刍动物消化过程中排放的甲烷;土地利用变化减少了对二氧化碳的吸收;废弃物排放中产生的甲烷和氧化亚氮.1860年以来,全球平均温度升高了0.6±0.2℃.近百年来最暖的年份均出现在1983年以后.20世纪北半球温度的增幅是过去1000年中最高的.

  据资料显示,近百年来大气中温室气体浓度明显增加.大气中二氧化碳的浓度已达到过去42万年中的最高值.近百年里降水分布也发生了变化.大陆地区尤其是中高纬度地区降水增加,非洲等一些地区降水减少.有些地区极端天气气候事件(厄尔尼诺、干旱、洪涝、雷暴、冰雹、风暴、高温天气和沙尘暴等)的出现频率与强度增加.

(1)何谓温室效应?其主要影响因素是什么?

(2)文中提到“我国是世界上气候变化的敏感区和脆弱区之一”,面对温室效应的影响你有什么想法?我们应该怎么做?

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温室效应

  近百年来,地球气候正经历一次以全球变暖为主要特征的显著变化.这种全球性的气候变暖是由自然的气候波动和人类活动增强的温室效应共同引起的.近50年的气候变暖主要是人类使用化石燃料排放的大量二氧化碳等温室气体的增温效应造成的.预测表明,未来50~100年,全球和我国的气候将继续向变暖的方向发展.

  气候变化已经给全球与我国的自然生态系统和社会经济系统带来了重要影响,而且许多影响是负面的.因此人类需要采取适应气候变化的措施来克服气候变化的不利影响.

  减少温室气体排放.减缓气候变化是《联合国气候变化框架公约》和《京都议定书》的主要目标.在参加气候变化框架公约的国际谈判中,我国面临的减排温室气体的国际压力将越来越大.

  1988年11月世界气象组织和联合国环境规划署建立的“政府间气候变化专门委员会(IPCC)”,是为各国政府和国际社会提供气候变化最新科学信息的权威机构.它在2001年发布的第3次评估报告指出了全球变暖对全球的生态系统以及社会经济系统产生的影响已经相当严重.

  我国是世界上气候变化的敏感区和脆弱区之一.

  引起气候系统变化的原因有多种,概括起来可分成自然的气候波动与人类活动的影响两大类.前者包括太阳辐射的变化,火山爆发等.后者包括人类燃烧化石燃料以及毁林引起的大气中温室气体浓度增加,硫化物气溶胶浓度的变化,陆面覆盖和土地利用的变化等等.

  人类活动会增加大气中温室气体的浓度并导致气候变化的研究,可以追溯到19世纪末.1896年,瑞典科学家斯万特·阿尔赫尼斯就对燃煤可能改变地球气候做出过预测.他指出,当大气中二氧化碳浓度加倍时,全球平均气温将增加5~6℃.之后,有许多科学家陆续对此问题进行了研究.1957年,瑞威拉等在美国发表了关于增加大气中温室气体浓度可能产生气候变化的论文.同年,美国夏威夷观象台开始进行二氧化碳浓度观测,从而正式揭开了人类研究气候变化的序幕.温室效应是这一话题的核心.它是指大气中的二氧化碳等气体透过太阳短波辐射,使地球表面升温;但阻挡地球表面向宇宙空间发射长波辐射,从而使大气增温.由于二氧化碳等气体的这一作用与“温室”的作用类似,故称之为“温室效应”,二氧化碳等气体则被称为“温室气体”.

  工业革命前,大气中的二氧化碳等气体造成的“温室效应”使得地球表面平均温度由-18℃上升到当今自然生态系统和人类已适应的15℃.一旦大气中的温室气体浓度继续增加,进一步阻挡了地球向宇宙空间发射的长波辐射,为维持辐射平衡,地面必将增温,以增大长波辐射量.地面温度增加后,水汽将增加(增加大气对地面长波辐射的吸收),冰雪将融化(减少地面对太阳短波的反射),又使地表进一步增温,全球变暖更显著.

  除了二氧化碳外,目前发现的人类活动排放的温室气体还有甲烷、氧化亚氮、氢氟碳化物、全氟化碳、六氟化硫.对气候变化影响最大的是二氧化碳、二氧化碳的生命期很长,一旦排放到大气中,最长可生存200年,因而最受关注.

  排放温室气体的人类活动包括所有的化石能源燃烧后排放的二氧化碳.在化石能源中,煤含碳量最高,石油次之,天然气较低;化石能源开采过程中的煤炭瓦斯、天然气泄漏时排放的二氧化碳和甲烷;水泥、石灰、化工等工业生产过程中排放的二氧化碳;水稻田、牛羊等反刍动物消化过程中排放的甲烷;土地利用变化减少了对二氧化碳的吸收;废弃物排放中产生的甲烷和氧化亚氮.1860年以来,全球平均温度升高了0.6±0.2℃.近百年来最暖的年份均出现在1983年以后、20世纪北半球温度的增幅是过去1000年中最高的.

  据资料显示,近百年来大气中温室气体浓度明显增加.大气中二氧化碳的浓度已达到过去42万年中的最高值.近百年里降水分布也发生了变化.大陆地区尤其是中高纬度地区降水增加,非洲等一些地区降水减少.有些地区极端天气气候事件(厄尔尼诺、干旱、洪涝、雷暴、冰雹、风暴、高温天气和沙尘暴等)的出现频率与强度增加.

(1)何谓温室效应?其主要影响因素是什么?

(2)文中提到“我国是世界上气候变化的敏感区和脆弱区之一”,面对温室效应的影响你有什么想法?我们应该怎么做?

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