緒論

一、能源

（一）能源與能量

“能源”的本質(zhì)是指能量的來(lái)源。例如：輻射到地球表面上的太陽(yáng)光，就是地球上許多能量的主要來(lái)源。“能源”的第二層含義是能量資源。例如：存在于自然界中的煤、石油、天然氣等化石燃料，鈾、釷等核燃料，以及生物質(zhì)、風(fēng)力、太陽(yáng)能、潮汐等都屬于能源；由這些物質(zhì)加工而成的焦炭、煤氣、液化氣、煤油、電、沼氣等也是能源，前者是自然存在或由自然界經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期演化而形成的，為一次能源，后者則是由一次能源直接或者間接轉(zhuǎn)換而來(lái)的人工能源，為二次能源。

能源的實(shí)質(zhì)就是物質(zhì)與能量的轉(zhuǎn)化，受三條物理學(xué)定律的支配：①物質(zhì)守恒定律：物質(zhì)可以從一種形式轉(zhuǎn)化成為另一種形式，但它既不能創(chuàng)造也不能消滅。②能量守恒定律：能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過(guò)程中其總量不變。③熵（entropy）增加原理{熵（讀sh　ng），是反映物質(zhì)內(nèi)部狀態(tài)的一個(gè)物理量，它反映的是系統(tǒng)無(wú)序的程度（熵越大，系統(tǒng)越無(wú)序）。熵的概念由魯?shù)婪?克勞修斯（RudolfClausius）在1850年首次提出，并應(yīng)用在熱力學(xué)中，通常用符號(hào)S表示熵，單位為J/（mol?K）或kJ/（kmol?K）。目前熵在系統(tǒng)科學(xué)、控制論、概率論、數(shù)論、天體物理、生命科學(xué)、社會(huì)學(xué)等領(lǐng)域都有重要應(yīng)用，在不同的學(xué)科中有更為具體的定義。熵增加原理則是根據(jù)熱力學(xué)第二定律推導(dǎo)出來(lái)的熱傳導(dǎo)的不可逆過(guò)程。熵的增加，表明能量從一個(gè)較高的集中程度轉(zhuǎn)化到一個(gè)較低的集中程度，這個(gè)過(guò)程需要做功，也意味著能量水平的降低，一定的能量就被轉(zhuǎn)化成了不能再做功的無(wú)效能量。熵增加的幅度越小，說(shuō)明能量損失越小，效率越高。物體不斷與外界交換物質(zhì)與能量的實(shí)質(zhì)是為了減緩內(nèi)部熵值的增加。}：人類(lèi)利用能源的過(guò)程，實(shí)際上是一個(gè)能量的轉(zhuǎn)化過(guò)程，集中表現(xiàn)在能源系統(tǒng)中熵值的急劇增加。而熵值增加意味著系統(tǒng)的能量從數(shù)量上來(lái)講雖然守恒，“品質(zhì)”卻越來(lái)越差，可用于做功的程度越來(lái)越低，就是能量的“退化”，從宏觀上看，就是所謂的“能源枯竭”。同時(shí)，被轉(zhuǎn)化成了無(wú)效狀態(tài)的能量就構(gòu)成了我們所說(shuō)的污染。許多人以為污染是生產(chǎn)的副產(chǎn)品，但實(shí)際上它只是世界上轉(zhuǎn)化成無(wú)效能量的全部有效能量的總和。耗散了的能量就是污染。既然根據(jù)熱力學(xué)第一定律，能量既不能被產(chǎn)生也不能被消滅，而根據(jù)熱力學(xué)第二定律，能量只能沿著一個(gè)方向（即耗散的方向）轉(zhuǎn)化，那么環(huán)境污染、廢棄物排放就是熵的同義詞。