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变废为宝的生物质能

      生物质是地球上最广泛存在的物质，它包括所有动物、植物和微生物，以及由这些有

  生命物质派生、排泄和代谢的许多有机质。各种生物质都具有一定的能量。以生物质为载

  体、由生物质产生的能量，便是生物质能。

生物质能是太阳能以化学能形式贮存在生物中的一种能量形式。它直接或间接来源于

    植物的光合作用。地球上的植物进行光合作用所消费的能量，  占太阳照射到地球总辐射量的0.2％。这个比例虽不大，但绝对值很惊人：光合作用消费的能量是目前人类能源消费总量的40倍。可见，生物质能是一个巨大的能源。

    人类以柴薪为能源，历史长达百万年。作为可直接利用的燃料，柴薪利用贯穿着整个人类的文明发展史。除柴薪的直接燃烧外，生物质能的转化利用技术还有沼气生产、酒精制取、木制石油、生物质能发电等。

    一、生物质能的来源

柴薪  至今仍是许多发展中国家的重要能源。但由于柴薪的需求导致林地日减，应适当规划与广泛植林。

    牲畜粪便  牲畜的粪便，经干燥可直接燃烧供应热能。若将粪便经过厌氧处理，可产生甲烷和肥料。

    制糖作物  制糖作物可直接发酵，转变为乙醇。

    城市垃圾  主要成分包括：纸屑（占40％）、纺织废料（占20％）和废弃食物（占20％）等。将城市垃圾直接燃烧可产生热能，或是经过热分解处理制成燃料使用。

    城市污水  一般城市污水约含有0.02％一0.03％的固体与99％以上的水分，下水道污泥有望成为厌氧消化槽的主要原料。

    水生植物  同柴薪一样，水生植物也可转化成燃料。

    二、生物质能的转化利用

    生物质能的开发和利用具有巨大的潜力，主要包括两方面：一是建立以沼气为中心的农村新能量、物质循环系统，使秸秆中的生物能以沼气的形式缓慢地释放出来，解决燃料问题；二是建立能量农场、能量林场及海洋能量农场。

    沼气利用技术  人类发现、利用沼气，已有悠久的历史。1776年，意大利科学家沃尔塔发现沼泽地里腐烂的生物质发酵，从水底冒出一连串的气泡，分析其主要成分为甲烷和二氧化碳等气体。由于这种气体产生于沼泽地，故俗称“沼气”。1781年，法国科学家穆拉发明人工沼气发生器。200多年过去了，如今全世界约有农村家用沼气池530万个，中国就占了92％。农村沼气池的主要填料是猪粪、秸秆、污泥和水等。随着农村沼气使用的日益推广和大型厌氧工程技术的进步，90年代以来，世界范围内的一些大型沼气工程有了迅速发展。

    生物质汽化将固体生物质转化为气体燃料，称为生物质汽化。其基本原理是含碳物质在不充分氧化（燃烧）的情况下，会产生出可燃的一氧化碳气体，即煤气。制造煤气的设备称为汽化炉，人们故意不给足氧气，让含碳物质在没有足够的空气的情况下燃烧，“焖”出一氧化碳来。

    生物质液化  将固体生物质转化为液体燃料，称为生物质液化。它包括间接液化和直接液化两种。间接液化是指通过微生物作用或化学合成方法生成液体燃料，如乙醇（酒精）、甲醇；直接液化则是采用机械方法，用压榨或提取等工艺获得可燃烧的油品，如棉籽油等植物油，经提炼成为可替代柴油的燃料。

    生物质热分解  这是一项很有潜力的技术，用于制取人造石油。一些生物质通过热分解，可制取生物油、生物炭和可燃烧气体，使生物质得到充分利用。

    能源农场  即建立以获取能源为目的的生物质生产基地，以能源农场的形式大规模培育生物质，并加工成可利用的能源；要对土地进行合理规划，尽可能利用山地、非耕荒地和水域，选择适合当地生长条件的生物质品种进行培育、繁殖，以获得足够数量的高产植物。在海洋、水域，要充分利用海藻和水生物提取能源，建立海洋能源农场或江河能源农场。同时，将基因工程等现代生物技术广泛应用于能源农场中，以提高能源转化率。

专家预测，到2050年，以生物质能为重要组成部分的可再生能源，将以相同或低于矿物燃料的价格，提供全球3／5的电力和2／5的直接燃料。

                                                           摘自《新科技启蒙》

（1）生物质能是属于一次能源还是二次能源?是属于可再生能源还是不可再生能源？

（2）生物质能在使用时可以转化为哪些形式的能？请举例说明。

（3）能源危机是一个全球性的问题，对于我们个人，平时使用过哪些能源?我们在使用时要注意些什么问题?谈谈你的看法。

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热的本质的认识过程

　　人们已在实践中熟悉了摩擦生热，但摩擦为什么会生热？热是什么？人们很久也没有弄清楚，在古代就对热有两种不同的看法，一种把热看成是一种特殊物质；一种认为热是物质的某种运动形式．

　　17世纪以后，多数人根据摩擦生热的现象，认为热是一种特殊的运动形式，不少物理学家都相信这一点，但是这种看法由于缺乏精确的实验根据，还不能形成科学的理论．

　　到了18世纪，对热的研究走上了实验科学的道路，把热看成是一种特殊物质的热质说，由于能够解释某些实验结果，因而在当时获得了承认，热质说将热看成一种没有质量或不可称量的流质热质，他不生不灭，存在与一切物体之中，物体的冷热程度，决定与其中所含热质的多少，热质说对摩擦生热的解释是，摩擦并没有改变热质的总量，但物质在摩擦时比热容降低了，因此摩擦可以使物体的温度升高．

　　1798年，英国学者伦福德(1753～1814)在从事枪炮制造时，发现钻孔钻下的金属屑具有极高的温度，用水来冷却时，甚至可以使水沸腾，他怀疑金属屑具有极高温度是不是由于比热容降低造成的，伦福德在他的笔记中写道，由摩擦所生的热，来源似乎是无穷无尽的，要用热质说解释摩擦生热现象，钻下的金属屑的比热容要改变很大才行，于是他设计并做了一系列实验，发现钻下的金属屑的比热容在摩擦时并没有降低．根据实验结果，伦福德断言热质说不足为信，应当把热看成是一种运动形式，热质说的传统地位开始动摇了．

　　1799年，英国的戴维做了更加严格的实验．他在零摄氏度以下的露天里，在抽成真空的玻璃罩内，使金属轮子和盘在钟表装置的带动下相互摩擦，结果使金属盘上的蜡熔化了．在这个实验中，热不可能是由周围物体传递给蜡的，而且伦福德的实验已经证明，金属也不会由于比热容的降低而放热，那就只能是由于摩擦生热使蜡粒子的运动加快了．戴维的实验有力的打击了热质说．

　　此后，科学家进一步研究了热和做功的关系，特别是英国科学家焦耳做了大量实验，定量的研究了热和功的关系，证明做了多少机械功，就有多少机械能转化成与热相关的能量．焦耳的工作，表明热不是一种特殊物质，同时为能量守恒定律奠定了基础．

　　能量守恒定律的建立，彻底否定了热质说，同时为分子运动理论的发展开辟了道路．经过科学家的长期研究，关于热是一种运动形式的设想，终于成为公认的真理，人们认识到：宏观的热现象原来是物体内部大量分子的无规则运动的表现，物体内部的能量就是物体的内能，热量不是表示物质所含“热质”的多少，而是表示在热传递过程中传递的能量的多少．

(1)早期人们对热的认识存在几种说法？

(2)英国学者伦福德对用热质说解释摩擦生热现象时作出了怎样的猜想？他是采用什么方法来验证自己的猜想的？

(3)支持热是一种运动形式的重要理论基础是什么？

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热的本质的认识过程

　　人们已在实践中熟悉了摩擦生热．但摩擦为什么会生热？热是什么？人们很久也没有弄清楚，在古代就对热有两种不同的看法，一种把热看成是一种特殊物质，一种认为热是物质的某种运动形式．

　　17世纪以后，多数人根据摩擦生热的现象，认为热是一种特殊的运动形式，不少物理学家都相信这一点，但是这种看法由于缺乏精确的实验根据，还不能形成科学的理论．

　　到了18世纪，对热的研究走上了实验科学的道路．把热看成是一种特殊物质的热质说，由于能够解释某些实验结果，因而在当时获得了承认．热质说将热看成一种没有质量或不可称量的流质－－热质．它不生不灭，存在于一切物体之中，物体的冷热程度，决定于其中所含热质的多少，热质说对摩擦生热的解释是，摩擦并没有改变热质的总量，但物质在摩擦时比热容降低了，因此摩擦可以使物体的温度升高．

　　1798年，英国学者伦福德(1753－1814)在从事枪炮制造时，发现钻孔钻下的金属屑具有极高的温度，用水来冷却时，甚至可以使水沸腾．他怀疑金属屑具有极高温度是不是由于比热容降低造成的，伦福德在他的笔记中写道，由摩擦所生的热，来源似乎是无穷无尽的，要用热质说解释摩擦生热现象，钻下的金属屑的比热容要改变很大才行，于是他设计并做了一系列实验，发现钻下的金属屑的比热容在摩擦时并没有降低．根据实验结果，伦福德断言热质说不足为信，应当把热看成是一种运动形式，热质说的传统地位开始动摇了．

　　1799年，英国的戴维做了更加严格的实验．他在0℃以下的露天里，在抽成真空的玻璃罩内，使金属轮子和盘在钟表装置的带动下相互摩擦，结果使金属盘上的蜡熔化了．在这个实验中，热不可能是由周围物体传递给蜡的，而且伦福德的实验已经证明，金属也不会由于比热容的降低而放热，那就只能是由于摩擦生热使蜡粒子的运动加快了．戴维的实验有力地打击了热质说．

　　此后，科学家进一步研究了热和做功的关系，特别是英国科学家焦耳做了大量实验，定量的研究了热和功的关系，证明做了多少机械功，就有多少机械能转化成与热相关的能量．焦耳的工作，表明热不是一种特殊物质，同时为能量守恒定律奠定了基础．

　　能量守恒定律的建立，彻底否定了热质说，同时为分子动理论的发展开辟了道路．经过科学家的长期研究，关于热是一种运动形式的设想，终于成为公认的真理．人们认识到：宏观的热现象原来是物体内部大量分子的无规则运动的表现，物体内部的能量就是物体的内能，热量不是表示物质所含“热质”的多少，而是表示在热传递过程中传递的能量的多少．

(1)早先人们对热的认识存在几种看法？

(2)英国学者伦福德对用热质说解释摩擦生热现象时做出了怎样的猜想？他是采用什么方法来验证自己的猜想的？

(3)支持热是一种运动形式的重要理论基础是什么？