熱能

熱能

熱能(thermal energy)又稱熱量、能量等,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。

  • 中文名稱
    熱能
  • 外文名稱
    thermal energy
  • 又稱
    熱量、能量
  • 來源
    人體的熱能來源于食物
  • 產生
    在體內氧化
  • 單位換算
    1千焦耳=0.239千卡

來源

人體的熱能來源于每天所吃的食物,但食物中不是所有營養素都能產生熱能的,隻有碳水化合物脂肪、蛋白質這三大營養素會產生熱能。

轉換圖轉換圖

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。

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佔的比例,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,就相當于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:

隨著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,佔拉薩電網總裝機容量的41.5%,在冬季枯水季節,地熱發電出力佔拉薩電網的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成長,尤其在北方,如北京、天津、大港、任丘、大慶、西安、鹹陽、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]。鹹陽地熱田自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]。開封地熱田于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于溫室種植(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于繁育水稻和水浮蓮、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,已用于農田灌溉,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、、銫、、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,揭露了埋藏于盆地深部的熱鹵水資源,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,該井熱鹵水礦化度、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,就已將地熱水利用于棉織、麻紡、繅絲、製革、製磚、造紙等目的,四川康定毛紡廠利用地熱水洗毛;此外,在雲南騰沖熱海硫磺塘,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

由于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,用于醫療、保健早為人們所關註。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沖、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。雲南騰沖熱海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。

隨著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(由數公裏至10餘公裏)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、功能各異的溫泉遊泳池,供人們遊泳、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,盡管房價上漲,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、蘆薈等中葯進行葯物沐浴以及投入玫瑰花瓣、薄荷、牛奶等增加劑沐浴利用,達到醫療、健美、美容等目的。此外,在四川中部的蓬萊熱鹵田,高礦化熱鹵水十分豐富,除提取化工原料外還利用其特有的浮力建立鹵水遊泳池,將化工廠的熱鹵水與岩鹽鹵水混合,使其礦化度達到220g/L後輸入遊泳池利用,據說不會遊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,有的不隻單項達標,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貭素的變化。影響生長發育的主要因素有遺傳和營養、疾病、鍛煉、生活水準、社會環境、氣候因素等,其中營養因素佔有十分重要地位。蛋白質、脂肪、糖類及維生素等七大營養素,對生長發育均起著極其重要的作用。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準來了個加速性提高。由于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準,非常顯著的為90年代高于60年代高于40年代。這也充分說明了營養因素對中國兒童青少年身高、體重的成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準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

熱能的需要量計算

(19歲及以上的女生:
預計熱能需求=354 - 6.91 X 年齡[活動量 X (9.361 X 體重 + 726 X身高)]
19歲及以上的男生:
預計熱能需求=662 -9.53 X 年齡[活動量 X(15.91 X 體重 + 539.6 X 身高)]
*體重以公斤(kilograms)作準
*身高以米/公尺 (meter) 作準)

熱能的需要量是什麽?

指的是維持身體正常生理功能及日常活動所需的能量,如低于這個數量,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。對于處在生長發育階段的兒童青少年,由于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,使肌肉和內髒萎縮、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,由于體內熱能不足,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,那麽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,熱能隻是內能中的一部分,把熱能與內能等同起來是錯誤的。

熱能隻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。

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