spy831001说得是对的,能量守恒指的是一个对外没有能量交换系统的总能量守恒。这点要仔细体会。
举个例子。蜡烛燃烧,我们说化学能转化为光能和热能。那么,蜡烛烧光了,也没有化学能积累了,光和热也消失了,仅就蜡烛本身来说,你能说能量还是守恒的么?不能。因为蜡烛的能量传走了,到了别处去了。真的要讲守恒,必须把蜡烛和它所在的环境一并算上,让能量再跑不出去了,才能讲守恒。
我们通常说的能量守恒,不是说能量不会跑、不会变,而是说不管怎么跑,怎么变,只要找回来,能量都不会减少、消失,也不会增加、凭空产生。而这个“跑”,这个“变”(即能量的传播与转化),必须放在一个系统里,也就是好些物体的集合中。而且这个系统必须得是与外界没有能量交换的,必须让能量只能在里面变,不能往外面(或从外往里面)跑。
回到你说的问题。太阳辐射,太阳的能量少了;地球接收辐射,地球的能量多了;其实地球也向外有少量辐射,于是地球的能量还要减少一点。
——那么,总的效应是什么?因为地球接收的太阳辐射比自身的辐射要大(这个在地理中有计算),所以地球上的总能量确实增加了。太阳呢,自然是减少了。
可是不要忘了,地球在向外太空辐射能量,太阳也不只照亮地球,也向外辐射能量,所以太阳和地球如果算作一个系统的话,总地来说是向外辐射能量的,里面的能量本来就不是守恒的。
那么,如果把系统放大一点,把太阳光可以照见的空间地方都算上(其实这个空间是很难找的),这个系统只要对外不再放出能量,也不从外面接收能量,那么它里面的能量就是守恒的。
(注记:物理中对外无物质能量交换的系统叫孤立系统。无热能交换的系统叫绝热系统。这里的能量守恒,严格地说应是质能守恒,因为太阳发光利用的是核能。因此满足质能守恒的系统也要求必须是孤立系统。)
可以说地球上所有的能都来自于太阳。地球的能量没有增加,只是地球上的某些东西利用了太阳的能量,比如植物利用了光能,我们用的太阳能热水器吸收了太阳发出的热能,冷热不均匀造成空气流动,又造成风能。可是你不能利用起来,即使有再多的能,也没用。太阳一天发出的能量估计就能抵上全人类一年用的能量了。
根据参考书,地球每年接受到的太阳辐射能达1.8*10^18kWh,是全球能耗的数万倍。
首先能量是守恒的,这一点是肯定的。地球确实吸收太阳能,同时地球也在向外辐射能量,所以总体上地球自身的能量变化是非常小的。不管地球上将太阳能转换成何种形式的能量,最终这些能量都会转换成热能。然后这种热能又会以不同的射线的形式辐射出去。(比如红外线,紫外线)所以总体上你看到地球的气温的变化不大,这就说明地球整体的能量变化也不大。
关于系统中的问题是这么解释的。我们说的一个系统是一个封闭的系统,与外界没有能量的交流,此时系统内的能量才是守恒的。我们说宇宙能量守恒,是因为我们没有发现我们的宇宙和外界(如果还有外界的话)进行任何的能量交流。在你的例子里,地球及吸收太阳的能量,又向外辐射能量,显然不是一个封闭的系统。在这种情况下是不能单独讨论地球的能量守恒的。
能量守恒是热力学第一定律的内容,实际地球+大气系统在接收太阳辐射的同时,也向宇宙空间辐射能量,两者之和基本为0,所以地球+大气系统中的能量是平衡的,假如不是这样,地球受太阳辐射46亿年了,早就化成气体了。
关于热现象有关的实际宏观过程不可逆,是热力学第二定律,熵增原理并不与第一定律相矛盾,你可以自己研究一下,呵呵。
有一部分太阳能被绿色植物吸收,保留在地球上,但绝大部分的太阳辐射能被地球反射、辐射等作用再次发射到宇宙空间中。
由于地表温度较低,地球的辐射基本是以长波辐射方式进行。
太阳入射地球的辐射功率基本上等于地球系统(包括大气)对宇宙的辐射功率,因此地球表面和大气系统的温度是基本平衡的。
太阳向地球的辐射和地球向外的辐射都必须经过大气,正常情况下,大气的能量是一定的,大气会通过逆辐射等作用以长波辐射的方式将能量反馈会地表这就是所谓温室效应。
大气辐射的方向既有向上(向外层空间)的,也有向下(地表)的。大气辐射中向下的那一部分,刚好和地面辐射的方向相反,所以称为大气逆辐射。大气逆辐射是地面获得热量的重要来源。由于大气逆辐射的存在,使地面实际损失的热量比地面以长波辐射放出的热量少一些,大气的这种保温作用称为大气的温室效应。这种大气的保温作用使近地表的气温提高了约18℃。月球则因为没有象地球这样的大气,因而,致使它表面的温度昼夜变化剧烈,白天表面温度可达127℃,夜间可降至-183℃。
当大气中的二氧化碳等成分升高,增强了大气对地球辐射的逆辐射,由于温室气体对可见光、紫外线等频率的辐射阻碍小,而太阳辐射的能量集中在这个波段,因此不会影响太阳辐射到达地表;但温室气体对长波波段的辐射吸收大,因此会将地球辐射向大气的能量部分保留在大气中,由于地球向宇宙辐射的方式是以长波为主,久而久之就会造成地球气温的上升。这就是全球变暖的原因。
大气环流的能量平衡和转换 energy balance and transformation of general rculation
大气环流能量转换和维持常定状态的物理过程。
平衡 就地-气系统全球年平均能量平衡而论,根据计算,若设到达大气顶的太阳辐射为100个单位(见太阳常数),则其中19个单位将直接被大气吸收(水汽、臭氧和尘埃共吸收16个单位,云吸收3个单位),30个单位被反射回太空(20个单位被云反射,4个单位被地面反射,6个单位被空气散射),余下51个单位被地面吸收。地面吸收的这51个单位太阳辐射,有21个单位成为红外辐射由地面净放射出去,其中15个单位又为大气中的水汽和二氧化碳所吸收,6个单位直接返回太空;此外7个单位以感热通量方式,23个单位以潜热通量方式,分别进入大气。此时大气共吸收64个单位的能量,其中有26个单位由云、38个单位由水汽和二氧化碳分别以红外辐射净放射返回太空。这样,整个地球与大气均无净的能量得失。但对于不同纬度带而言,辐射收支情况不同,例如,北半球在北纬35°以南范围内的全年辐射差额为正,35°以北范围内为负。要使各纬度带呈能量平衡,则低纬度地带所净得的辐射能量必须通过大气环流和大洋环流以各种形式输送到高纬度地带和极地去。大气中能量的输送,主要有感热、潜热、势能和动能四种形式。洋流中主要以水的内能形式输送。热带地区大气中能量的输送主要靠哈得来环流,在中纬度地区主要靠大型涡旋来完成。
转换 因各纬度带大气净辐射受热不同,低纬度的大气暖又得热,高纬度的大气冷又失热,这样大气中储藏着巨大的有效势能,它源源地转换为动能(见大气能量),以补偿摩擦耗散的动能而维持大气的运动。对于大气环流来说,大气运动可分解为平均纬向运动和涡动运动两部分,后者即指对前者的偏差。相应地,动能可分为纬圈平均动能唕k和扰动动能E′k;有效势能也可分为纬圈平均有效势能唕PA和扰动有效势能E′PA。根据A.H.奥尔特与J.P.佩绍图的估算,整个大气中能量储藏和转换循环,可简要地用大气能量循环图表示。圆内数字为各项能的储藏量,单位为105焦耳/米2,箭头指能量转换方向,旁边数字表示能量转换速率,单位为瓦特/米2。
质量是守恒的
地球上的能量不是越来越多了吗,没错,但多的这些能量和地球质量比起来微不足道。
能量是守恒的,你说的这个情况应该把地球和太阳看成一个系统,在这个系统中能量守恒。
能量守恒通常是用来分析系统中的能量情况的,而不是分析单个物体的(比如你在例子中提到的地球本身)