浅析能源技术对工业革命影响
来源：能源技术与管理
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栏目：期刊导读 时间：2020-08-03
自远古时代对火的利用，就揭开了人类对能源开发与利用的历史。一部人类社会的发展史也就是一部人类认识能源、利用能源史。18世纪蒸汽机的发明，引发了世界性的工业革命；19世纪电能的大量使用，将人类社会推进到现代文明时代；20世纪以来的新能源发现和利用，为人类的明天描绘灿烂的蓝图。可以说，人类社会的发展进步离不开能源物理科学的发展进步。
1 能源技术推动的工业革命
1.1 一次能源推动工业革命
以英国的蒸汽机发明为主要代表的第一次工业革命实现了从手工业到机器工业的转变，尤其是瓦特改造出来的真正意义上的蒸汽机，为机器提供了更加便利的动力来源，极大推动了机器的普及和发展，推动人类文明社会的进步。第一次工业革命本质上是对柴薪、煤炭等一次能源的直接利用，使自然界中的生物能转换成热能，再由热能转换成机械能，人类社会由此进入了“蒸汽时代”[1]。
1.1.1 蒸汽机技术
蒸汽机的工作原理是把蒸汽的能量转换成做机械功的往复式动力机械。为其提供的动力是高压蒸汽，蒸汽来自于使水沸腾产生高压蒸汽的锅炉，锅炉的燃料能源可以使用柴薪、煤炭、石油、天然气或者垃圾等一次能源。整个动力生产过程是在高压蒸汽锅炉中完成的，让燃料能源燃烧水使其沸腾产生高压蒸汽，高压蒸汽通过管道会被送到汽缸，通过调节阀门可控制高压蒸汽传送到汽缸的时间，然后进入到主阀室，经过调节控制，高压蒸汽交替进入气缸的左侧及其右侧，推动整个活塞发生运动。蒸汽机往复运动过程，提供了源源不断的动力。
1.1.2 瓦特蒸汽机的应用及对社会的影响
以一次能源为燃料的蒸汽机的发明，对人类文明影响巨大。首先，以人力、马力等作为动力源的传统交通行业发生天翻地覆的变化。以蒸汽机为动力的蒸汽机车、蒸汽火车、蒸汽汽船等交通工具不断被发明出来。其次，蒸汽机的出现极大地推进了生产方式的跨越式进步。蒸汽机被广泛应用于纺织、机械、化工、冶金、采矿等工业，跨越了人类社会以水力、畜力以及人力等作为主要动力的时代，开辟了人类社会以蒸汽机为动力的大机器新时代，大大提高了生产效率。在一次能源利用的基础上，人类社会进入了工业经济时代。
1.2 二次能源使人类社会进入电气时代
在蒸汽机推动人类社会不断进步的进程中，法拉第发现了电磁感应现象即电力。电力的产生、传输以及使用方式更加便捷高效，电能在工业中取代了蒸汽机，电力供电下的明亮灯泡颠覆了人类的生活方式，生活电器给人们带来了极大的便捷性，电通信更是拉近了人与人之间的距离，改变了整个世界的面貌，人类社会开始迈入“电气时代”[2]。
1.2.1 电磁感应现象
高中物理知识是这样定义电磁感应现象的，导体放在磁通量变化的场中，会产生电动势，这个电动势称为感应电动势或者感生电动势。当磁通量变化的场中的导体闭合成回路时，电动势会使电子流动，产生感应电流。当然，如果这个闭合回路为一个多匝线圈，就是发电机的原型。感应电流的产生原因在于闭合回路中一部分电路在做切割磁感线运动时，就等于电路的一部分内的自由电子在磁场中不沿磁感线方向的运动。因此，自由电子在洛伦兹力的作用下，会在导体内定向运动，这样就会产生感应电流。当然，如果不是闭合回路，两端就会积聚电荷产生感应电动势。
1.2.2 电能的应用及对社会的影响
以二次能源电能的出现，发电机和电动机广泛应用于工业及其日常生活，推动了人类社会进入电气时代。首先，电动机把电能转化成机械能，电力替代蒸汽机，成为带动机器的新动力。制造业中电气机械设备，包括机床、冲床、切割机等自动化生产线，在电动机的带动下，使生产效率更高，生产精度更准确。其次，电力技术照亮了世界和推动了电讯事业的空前发展。人类社会出现了五光十色的霓虹灯，留声机给人类社会带来音乐，电话机拉近人类的距离，电影更是多种艺术的综合，更是视觉和听觉上的艺术享受。由此可见，电能等二次能源的利用，革新了人类社会的生活方式，改变了社会的生活面貌。
2 新能源的革命
新能源能够代替传统化石类能源，弥补石油、天然气资源的短缺问题，增加能源供给，满足能源需求，保障能源安全。当前社会迫切需要新能源技术来满足日益增长的能源消费需求，减少温室气体排放，建设环境友好型社会。
例如，纳米材料技术的利用，可使太阳能发电成本再降低40%，使其成为一种廉价能源。石墨烯的优异性能使其必将成为人类能源发展史上继石油之后的第二个“黑金”，纳米技术的发展创新加快了电池存储技术的突破。近期基于石墨烯等超材料电池技术的研究更是取得重要发展，若适用于大规模量产的快充电、高续航、高耐用电池技术实现突破，新能源时代将加快到来。美国的特斯拉以及我国的比亚迪新能源电动车采用锂离子电池已能够提供400km的续航能力。
新能源的发展应用已经进入黄金期，新能源科技迅猛发展强力推动“新能源时代”的加快到来，新能源革命的到来可能会超过预期。
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