[科普中国]-热能

热能(thermal energy)它是生命的能源。 人的每天劳务活动、体育运动、上课学习和从事其他一切活动，以及人体维持正常体温、各种生理活动都要消耗能量。就像蒸汽机需要烧煤、内燃机需要用汽油、电动机需要用电一样。

热能与热量不同，热能是状态量，热量是过程量。热量只有在热传递中才会出现。

来源人体的热能来源于每天所吃的食物，但食物中不是所有营养素都能产生热能的，只有碳水化合物、脂肪、蛋白质这三大营养素会产生热能。

人体每时每刻都在消耗能量，这些能量是由所摄取食物的化学能转变而来的。食物中能产生能量的营养素是蛋白质、脂肪、碳水化物，它们经过氧化产生能量，供给机体维持生命、生长发育、从事各种活动的需要。

机体摄入和消耗的能量通常用热量单位“卡”或“千卡”表示。营养学上一般多采用“千卡”。

供给热能的营养素在膳食中所占的比例，可因在机体中的作用、饮食习惯和各地食品的种类而不同。一般情况下，人们膳食中大约总热量的60~70%来自碳水化物，16~25%来自脂肪，10~14%来自蛋白质。1

产生每克碳水化合物在体内氧化时产生的热能为16.74千焦耳（4千卡），脂肪每克为37.66千焦耳（9千卡），蛋白质每克为16.74千焦耳（4千卡） 。1

单位换算热能的单位常指能使1升水升高1摄氏度所需的热量，就相当于4.184千焦耳的热能。单位换算如下： 1千卡=4.184千焦耳， 1千焦耳=0.239千卡。1

地热资源地热资源开发利用溉况：

随着我国向西部转移的战略目标的实施，中西部地区的地热工作已逐步得到加强，并已取得显著进展。在地热发电、采暖、温室、养殖、康复医疗、提取化工原料、旅游以及瓶装矿泉水等方面已获得广泛利用。

1、地热发电

我国拥有150℃以上的高温温泉区近百处，集中分布在藏南、滇西和川西地区，成为我国开发利用高温地热能资源最有远景的地区。著名的羊八井地热田是我国兴建的第一座地热电站，自1977年9月建成试验发电以来，装机容量已达25.15MW，占拉萨电网总装机容量的41.5%，在冬季枯水季节，地热发电出力占拉萨电网的60.0%，成为其主力电网之一。朗久电站和那曲电站是我国兴建的第二和第三座电站，其装机容量分别为2.0MW及1.0MW，已停止运行。湖南省宁乡灰汤地热田已建成小型地热电站，情况不明。

2、地热采暖

我国地热采暖有很大的增长，尤其在北方，如北京、天津、大港、任丘、大庆、西安、咸阳、开封等地，取得了良好效果，既节约了常规能源，又减少了环境污染。西安地热田勘查工作不断加强，已成井120余眼，供暖面积已过1000000m2。咸阳地热田自1993年打成第一眼地热井以来，现已成井18眼，利用地热采暖的面积已过400000 m2。开封地热田于1991年由河南省地矿厅打井公司施工完成了第一眼地热井，现已打井60余眼，在省内率先进行地热供暖开发，供暖面积达120000m2。

3、地热农业利用

我国中西部大部分地区属农业区，无论是山区或平原地区，地热资源均十分丰富，为地热在农牧副渔等方面的广泛利用提供了优越的资源条件。地热资源已有效地利用于温室种植（蔬菜、花卉等）、水产养殖、禽类孵化、育雏、农田灌溉、育秧、繁育水稻等方面，效益显著。羊八井地热田除发电外，建造了面积达50000 m2的地热温室，种植西红柿、黄瓜、青椒等20余种蔬菜，取得良好效益。湖北英山的地热水已有效地利用于繁育水稻和水浮莲、育秧、灌溉、鱼类养殖等方面，使水稻的结实率由1971年的13.5%提高到98.6%。山西临猗县的吴王温泉，水温36℃，流量高达30000 L/s，矿化度0.80~0.13g/L，水中含硝酸铵0.34g/L。该温泉与陕西省合阳县的瀵泉连成一线，均属天然肥水，已用于农田灌溉，河南的临汝、鲁山上汤等温泉利用地热水灌溉农田，取得良好效果。利用地热水灌溉农田，不仅能使农作物早熟，而且还能增产。

4、地热工业利用

我国中西部地区地热水中含有许多贵重的稀有元素、放射性元素、稀有气体和化合物，如：溴、碘、硼、锂、铷、铯、锶、镭、氦、重水和钾盐等，是国防工业、原子能工业、化工工业及农业不可缺少的原料。仅在化工工业和轻纺工业等方面获得较好的利用。20世纪50年代末，石油部门在四川盆地中部打成一口基准井--蓬基井，揭露了埋藏于盆地深部的热卤水资源，以后陆续打成一批热卤井，除制盐外，还提取溴、碘等化工原料，至今已开采40余年，据调查，该井热卤水矿化度、水化学类型和微量成分的含量变化不大，动态稳定。湖北英山在20世纪70年代，就已将地热水利用于棉织、麻纺、缫丝、制革、制砖、造纸等目的，四川康定毛纺厂利用地热水洗毛；此外，在云南腾冲热海硫磺塘，采用掏洗方法提取硫磺，而在云南洱源县的九台（九气台）温泉区则直接挖取芒硝和自然硫等，均已取得良好效果。

5、地热医疗与旅游

由于地热水具有较高的温度、特殊的化学成分、气体成分、少量生物活性离子以及放射性物质等，并在一些地热区形成矿泥，对人体具有明显的医疗、保健作用，用于医疗、保健早为人们所关注。我国地热医疗利用的历史十分悠久，已建立具有一定规模的温泉疗养院200余座。我国中西部的许多地区既拥有医疗矿水资源，又拥有温泉旅游观光资源，不少已成为著名的矿泉旅游疗养胜地，如陕西省临潼的华清池、河南省的汝州、内蒙古自治区的阿尔山、重庆市的南温泉和北温泉以及新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市的水磨沟、云南省的昆明市和西部的腾冲、西藏自治区的羊八井等地，均在温泉区建有疗养院。内蒙古自治区的阿尔山镇，人口不足8000人，但拥有温泉、冷矿泉等资源和优美的自然环境，据了解，每年接待旅游、疗养的人次可达30万。云南腾冲热海71医院利用地热蒸疗和浴疗，对治疗运动系统、神经系统、消化、呼吸系统、皮肤病、妇科、关节炎等20多种疾病有良好疗效。

随着我国城市建设和旅游业的发展，地热市场不断拓宽，地热医疗结合旅游、休闲、娱乐、度假的利用规模迅速扩大，据调查，我国中西部自20世纪90年代以来，地热探井的数量明显增加，对地热资源的开发利用因地而异， 其特点是：

（1）在已有地热井的地方，如四川大邑县花水湾的石油探井，经改造后将自流热水输送至7km以外的地方利用，现已建成为全国著名的温泉疗养地。

（2）通过较长距离（由数公里至10余公里）的输送，选择环境宜人、风景优美的地方，如谷地或河、湖畔，建立起园林式住宅区--温泉花园、温泉度假村或温泉乡都，如四川省峨眉的天颐温泉乡都、重庆市的"海兰云天"、"天赐"等温泉小区，利用地热水建有大小不等（数米至数十米）、温度不同、功能各异的温泉游泳池，供人们游泳、治病、健身。

（3）在一些已建有住宅小区的地方，地表无温泉出露，而且，以往也从未打过地热井，如重庆市的水天花园。为在当地寻找地热资源，地勘队伍进行了充分的地质论证，正确选定钻孔位置，在预定的深度上打出了地热水资源，为小区的发展提供了资源条件，尽管房价上涨，住宅仍然销售一空，效益十分显著，现已规划了第二期、第三期建房工程和兴建温泉游乐设施等。

（4）增加了综合利用的内容，如在浴池中加上当归、枸杞子、芦荟等中药进行药物沐浴以及投入玫瑰花瓣、薄荷、牛奶等添加剂沐浴利用，达到医疗、健美、美容等目的。此外，在四川中部的蓬莱热卤田，高矿化热卤水十分丰富，除提取化工原料外还利用其特有的浮力建立卤水游泳池，将化工厂的热卤水与岩盐卤水混合，使其矿化度达到220g/L后输入游泳池利用，据说不会游泳的人也能躺在水池的水面上读报，或"修身养性"，别有情趣，这在我国尚属首次。

6、矿泉饮料业

我国中西部地区的许多热矿水中，含有锂、锶、溴、碘、锌、硒等微量元素和碳酸气等，已分别达到我国饮用天然矿泉水国家标准，有的不只单项达标，而是多项达标，对人体具有良好的医疗保健作用。矿泉饮料业已取得一定进展，效益显著。贵州省已经评价的饮用天然温泉有25处，已在其中12处建立饮用天然矿泉水厂。在河南陕县温塘、郑州市等地均建有矿泉水厂。2

重要性营养就是生长发育的"建筑材料" 生长是指细胞的繁殖、增大及细胞间质的增加，表现为全身各部分、各器官、各组织的大小、长短及重量的增加；发育是指身体各系统、各器官、各组织功能的完善。生长主要是量的变化，发育主要是质的变化。生长发育除产生体格方面的生理变化以外，还包括神经系统以及由此引起的心理素质的变化。影响生长发育的主要因素有遗传和营养、疾病、锻炼、生活水平、社会环境、气候因素等，其中营养因素占有十分重要地位。蛋白质、脂肪、糖类及维生素等七大营养素，对生长发育均起着极其重要的作用。例如，构成人体组织的基本单位是细胞，细胞的主要成分是蛋白质。新的组织细胞的构成，细胞的繁殖、增大及细胞间质的增多，都离不开蛋白质。又如碳水化合物、脂肪、鲺等营养素，也都是构成组织细胞的重要成分和生长发育的重要物质基础。 学生的身高、体重发育受膳食结构发生了很大变化，以致1935-1980年期间，日本儿童的生长发育水平来了个加速性提高。由于日本政府十分重视营养，从而使日本成为当今世界的经济强国和长寿之国。以致被世界从多学者概括为："一顿营养午餐即振兴了日本民族"。我国儿童青少年的生长发育水平，非常显著的为90年代高于60年代高于40年代。这也充分说明了营养因素对中国儿童青少年身高、体重的增长起到了明显的促进作用。 因此，不论是生长还是发育都少不了营养，营养既是决定生长发育潜在水平最终发挥得如何的重要因素，也是影响生长发育最为重要的"建筑材料"。1

需要量热能的需要量指的是维持身体正常生理功能及日常活动所需的能量,如低于这个数量,将对身体产生不良影响。人体需要的能量也即包括基础代谢所需的能量、劳动活动所需的能量、消化食物所需的能量等三个方面。对于处在生长发育阶段的儿童青少年，由于身体的新陈代谢特别旺盛，对热能的需要量较高。一个人如果其热量摄入不足，就会使体内贮存的糖逐渐减少，到一定程度时，就将开始动用脂肪，并消耗部分蛋白质，使肌肉和内脏萎缩、消瘦、乏力、体重减轻、变得"骨瘦如柴"，各种生理功能受到严重影响，甚至危及生命。在日常生活中，有些学生经常少吃或不吃早餐，由于体内热能不足，使得血糖降低，在上第二节课以后往往产生饥饿感，自觉手足无力，上课时思想不集中。这就是吃的食物不够，能量不足所造成的，日久还会影响生长发育。 但是，如果每天吃过多的糖果、甜食等，使食物的产热量超过需要量，那么多余的能量就会转化脂肪，积聚在皮下组织，使皮下脂肪增厚，体重超过正常范围，会出现肥胖现象。并将成为成年期的高血压、糖尿病、心血管病等器质性疾病的先兆因子。1

区别内能从分子运动论观点看，热能的本质是物体内部所有分子动能（包括分子的平动能和转动能）之和，而内能除包括物体内部所有分子的动能之外，还包括分子间势能的总和，以及组成分子的原子内部的能量、原子核内部的能量、物体内部空间的电磁辐射能等。但在一般热现象中，不涉及分子结构和原子核的变化，并且无电磁场相互作用，化学能、原子能以及电磁辐射能都为常数。因为人们通常研究的是能量之差，所以，这几种内能通常不考虑。因此，内能通常是指物体内部分子无规则运动的动能与分子间势能的总和。可见，热能只是内能中的一部分，把热能与内能等同起来是错误的。

热能只能由高向底单方向传递，也是一种势能，传输的过程做功而消耗了能量。1

本词条内容贡献者为:

于仁业 - 高级工程师 - 中航工业哈尔滨飞机工业集团有限责任公司