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Energy and Society : An Introduction
发布日期:2015-12-18  浏览

Energy and Society : An Introduction

[Book Description]

Energy and Society: An Introduction, Second Edition provides readers with a detailed introduction to energy sources and energy utilization. This book presents an overview of alternative energy issues and technologies, discusses the pros and cons of various energy sources, and explores their impacts on society and the environment. What's New in the Second Edition: This second edition offers simple updates, as well as completely rewritten material, regarding the last decade in areas including global climate change, oil prices, renewable and alternative fuels, and diversion of civil nuclear energy programs into nuclear weapons proliferation. It covers the development of energy technology from the time of early humans through antiquity, medieval times, and the Industrial Revolution. It also addresses the development of nuclear energy, energy supply and demand, geopolitics of energy, and the various environmental issues associated with energy use. * Keeps mathematics to a minimum, making the book usable for a variety of academic majors * Includes up-to-date coverage of all new energy sources * Traces the development and utilization of energy throughout history Energy and Society: An Introduction, Second Edition can benefit undergraduate students taking a survey course in engineering, as well as professionals in the energy supply, energy planning, or environmental industry.

[Table of Contents]
Preface                                            xv
Acknowledgments                                    xvii
Author                                             xix
Chapter 1 Introduction                             1   (10)
  Energy and Us                                    1   (4)
  Energy and Nations                               5   (2)
  Where We're Going                                7   (2)
  References                                       9   (1)
  Further Readings                                 10  (1)
Chapter 2 Energy, Work, and Power                  11  (10)
  Work, Energy, and Power in the Scientific        12  (5)
  Context
  How Much Work Gets Done                          17  (1)
  Brief History of the Human Use of Energy         18  (2)
  References                                       20  (1)
  Further Readings                                 20  (1)
Chapter 3 Human Energy                             21  (16)
  Energy in Foods and Energy in Fuels              26  (2)
  Why Can't We Eat Coal and Drink Oil?             28  (2)
  Why Don't We Catch on Fire When We Eat?          30  (4)
  Where Does the Energy in Food Come From?         34  (2)
  References                                       36  (1)
  Further Readings                                 36  (1)
Chapter 4 The Energy Balance                       37  (8)
  Further Readings                                 44  (1)
Chapter 5 Fire                                     45  (12)
  Early Uses of Fire                               46  (3)
  The Process of Burning                           49  (6)
  Further Readings                                 55  (2)
Chapter 6 Firewood                                 57  (18)
  How Does Wood Burn?                              57  (2)
  Where Does the Energy in Wood Come From?         59  (2)
  Problems Associated with Wood Combustion         61  (1)
  Energy Crises Made of Wood                       62  (4)
  Wood in the Industrialized World Today           66  (3)
  Wood in the Developing World                     69  (4)
  References                                       73  (1)
  Further Readings                                 74  (1)
Chapter 7 Combustion for Home Comfort              75  (16)
  Central Heating in History                       75  (2)
  Stoves                                           77  (1)
  Combustion: The Story So Far                     78  (2)
  The Fuels                                        80  (5)
    Wood                                           80  (1)
    Coal                                           80  (3)
    Petroleum Products                             83  (1)
    Natural Gas                                    84  (1)
  The Smoke Problem                                85  (3)
  About the Humble Match                           88  (1)
  References                                       89  (1)
  Further Readings                                 89  (2)
Chapter 8 Waterwheels                              91  (20)
  Kinetic Energy                                   91  (1)
  Potential Energy                                 92  (2)
  Spontaneous Change and the Energy Diagram        94  (2)
  Waterwheels in the Ancient World                 96  (5)
  Waterwheels in the Medieval World                101 (3)
  Waterwheels in the Early Modern World            104 (3)
  Water "Power" as a Form of Solar Energy          107 (1)
  Water "Power" and the Environment                107 (2)
  References                                       109 (1)
  Further Readings                                 109 (2)
Chapter 9 Wind Energy                              111 (14)
  Where Does Wind Come From?                       111 (1)
  Windmills in the Islamic World                   112 (2)
  The Medieval Post Mill                           114 (3)
  The Turret Mill                                  117 (3)
  Wind Energy in the Early Modern Age              120 (3)
  References                                       123 (1)
  Further Readings                                 124 (1)
Chapter 10 Steam Engine                            125 (22)
  "Prehistory" of Steam                            125 (1)
  Otto von Guericke and the Force of the           126 (2)
  Atmosphere
  Atmospheric Engine                               128 (7)
  James Watt and the Steam Engine                  135 (6)
  Richard Trevithick: Steam on Wheels              141 (3)
  Steam: Energy for the Industrial Revolution      144 (1)
  References                                       145 (1)
  Further Readings                                 146 (1)
Chapter 11 Heat and Thermal Efficiency             147 (26)
  Notion of Efficiency                             147 (1)
  Temperature and Thermal Potential Energy         148 (3)
  Gas Laws and the Quest for Absolute Zero         151 (3)
  Quantifying Efficiency                           154 (7)
  Equivalence of Heat and Work                     161 (8)
  Heat and How It Is Transferred                   169 (1)
  How Much Heat Flows?                             170 (1)
  References                                       171 (1)
  Further Readings                                 171 (2)
Chapter 12 Introduction to Electricity             173 (18)
  "Prehistory" of Electricity                      173 (1)
  Early "Electricians"                             173 (6)
  Electric Fluid and Its Potential                 179 (1)
  Electric Current                                 179 (1)
  Resistance                                       180 (6)
  Electric Power                                   186 (2)
  References                                       188 (1)
  Further Readings                                 189 (2)
Chapter 13 How Electricity Is Generated            191 (14)
  Luigi Galvani's Frogs                            191 (1)
  Alessandro Volta and the Early "Battery"         192 (3)
  Batteries                                        195 (2)
  The Great Dane                                   197 (2)
  Michael Faraday and the Invention of the         199 (4)
  Generator
  References                                       203 (1)
  Further Readings                                 204 (1)
Chapter 14 Impacts of Electricity on Society       205 (18)
  Breaking the Geographic Barrier                  205 (2)
  Electric Lighting                                207 (2)
  And Then There Was Edison                        209 (4)
  Electric Motors                                  213 (5)
  AC or DC?                                        218 (3)
  References                                       221 (1)
  Further Readings                                 222 (1)
Chapter 15 Electricity from Falling Water          223 (22)
  The Rotary Generator                             223 (1)
  The Water Turbine                                223 (6)
  Hydropower                                       229 (6)
  Dams: Pros and Cons                              235 (7)
  References                                       242 (1)
  Further Readings                                 243 (2)
Chapter 16 Electricity from Steam                  245 (28)
  Reciprocating Steam Engines in Electricity       245 (1)
  Generation
  Early History of the Steam Turbine               246 (1)
  The Parsons Turbine                              247 (2)
  Digression: Steam-Turbine Applications in        249 (1)
  Ship Propulsion
  Robert Boyle and the Behavior of Gases           250 (5)
  Turbines as Heat Engines                         255 (2)
  The Turbine/Generator Set                        257 (1)
  How to Get Up a Head of Steam                    258 (1)
  Heat Transfer                                    259 (1)
  The Boiler                                       260 (1)
  How to Burn Coal                                 261 (3)
  The Coal-Fired Electric Generating Plant         264 (6)
  Overall Plant Layout                             270 (2)
  References                                       272 (1)
  Further Readings                                 272 (1)
Chapter 17 Energy for Transportation               273 (26)
  Humans and Other Animals                         273 (3)
  Sailing Ships: Moving with the Wind              276 (1)
  Steam for Transportation                         277 (7)
    Locomotives                                    277 (2)
    Ships                                          279 (3)
    Road Vehicles                                  282 (2)
  The Coming of Petroleum                          284 (2)
  Automobiles                                      286 (3)
  Early Aviation                                   289 (3)
  The Diesel                                       292 (1)
  The Jet                                          293 (2)
  Energy Demands of Transportation                 295 (2)
  References                                       297 (1)
  Further Readings                                 298 (1)
Chapter 18 Petroleum and Its Products              299 (16)
  Fossil Fuels and the Global Carbon Cycle         299 (2)
  Cooking Kerogen                                  301 (2)
  Natural Gas                                      303 (3)
  Petroleum and Its Age-Depth Classification       306 (7)
  Products from Petroleum: Introduction to         313 (1)
  Refining
  Reference                                        314 (1)
  Further Readings                                 314 (1)
Chapter 19 Gasoline                                315 (14)
  Otto-Cycle Engines and Their Performance         315 (3)
  Octane Number                                    318 (1)
  Producing Gasoline in the Refinery               319 (8)
    Straight-Run Gasoline from Distillation        319 (1)
    Alkylation                                     320 (1)
    Thermal Cracking                               320 (1)
    Catalytic Cracking                             321 (2)
    Catalytic Reforming                            323 (1)
    Octane Enhancers                               324 (2)
    Blending                                       326 (1)
  Further Readings                                 327 (2)
Chapter 20 Impact of the Automobile                329 (18)
  The Cycling Craze                                329 (3)
  How Railroads Put People in Cars                 332 (2)
  American Dominance in Automobile Manufacturing   334 (3)
  Effects of Growing Automobile Use                337 (7)
    Cars and Industrial Growth                     337 (1)
    Suburbs                                        337 (3)
    Road Building                                  340 (1)
    Transforming the Social Scene                  341 (3)
  References                                       344 (1)
  Further Readings                                 345 (2)
Chapter 21 Jet Engines and Jet Fuel                347 (16)
  Kerosene as a Refinery Product                   347 (1)
  The Jet Engine                                   348 (11)
    The Early History of the Jet Engine            348 (5)
    The Turbojet Engine                            353 (2)
    Fan Jet or Turbofan Engines                    355 (2)
    Turboprop and Turboshaft Engines               357 (1)
    Jet Cars?                                      357 (1)
    Electricity from Jet Engines                   358 (1)
  Jet Fuel                                         359 (2)
  References                                       361 (1)
  Further Readings                                 362 (1)
Chapter 22 Diesel Engines and Diesel Fuel          363 (16)
  Life without Matches                             363 (2)
  The Diesel Engine and How It Works               365 (5)
    Early Development Work                         365 (1)
    How the Diesel Engine Functions                365 (5)
  Commercial Applications of the Diesel Engine     370 (5)
    Stationary Engines                             371 (1)
    Marine Applications                            371 (1)
    Railways                                       371 (1)
    Road Transportation                            372 (1)
    The Diesel Airplane                            373 (1)
    Diesel Fuel                                    374 (1)
  Did He Jump or Was He Pushed?                    375 (1)
  Reference                                        376 (1)
  Further Readings                                 377 (2)
Chapter 23 Atomic Energy                           379 (28)
  The Discovery of X-Rays                          379 (3)
  Henri Becquerel's Experiment                     382 (5)
  Radiation                                        387 (1)
  The Structures of Atoms                          388 (2)
  Radioactivity Is a Nuclear Process               390 (1)
  Nuclear Binding Energy                           390 (4)
  Transmutation of Elements                        394 (4)
  The Discovery of Nuclear Fission                 398 (6)
  Chain Reactions                                  404 (1)
  References                                       405 (1)
  Further Reading                                  406 (1)
Chapter 24 Nuclear Power Plants                    407 (18)
  Components of a Nuclear Reactor                  407 (5)
  Processes in the Reactor's Core                  412 (1)
  The First Reactor                                413 (1)
  First Applications of Nuclear Fission            414 (1)
  The Boiling Water Reactor                        415 (1)
  Pressurized Water Reactor                        416 (2)
  Pressure Tube Reactors                           418 (1)
  The Steam Cycle                                  418 (1)
  Reactor Safety Systems                           419 (1)
  Radiation from Nuclear Plants                    420 (1)
  The End of the Story'?                           420 (3)
  Further Readings                                 423 (2)
Chapter 25 The Nuclear Controversy                 425 (34)
  Health Effects of Radiation                      426 (8)
    Units of Radiation                             430 (2)
    Background Radiation                           432 (1)
    Is There a Threshold Radiation Exposure?       433 (1)
  Nuclear Reactor Safety                           434 (12)
    Windscale                                      435 (2)
    Three Mile Island                              437 (2)
    Chernobyl                                      439 (6)
    Fukushima                                      445 (1)
  Radioactive Waste                                446 (5)
  Nuclear Weapons Proliferation                    451 (1)
  Is There a Future for Nuclear Energy?            452 (4)
    Westinghouse AP1000 Reactor                    452 (1)
    Pebble Bed Reactor                             453 (2)
    Thorium Reactors                               455 (1)
  References                                       456 (1)
  Further Readings                                 456 (3)
Chapter 26 Energy and the Environment              459 (18)
  Extraction of Fuels: Mines and Wells             459 (7)
  Refining and Beneficiation                       466 (2)
  Fuel Utilization                                 468 (2)
  Addressing the Environmental Challenge           470 (4)
  References                                       474 (1)
  Further Readings                                 474 (3)
Chapter 27 Acid Rain                               477 (22)
  The pH Scale                                     477 (1)
  "Natural" Acid Rain                              478 (1)
  SOx and NOx as Causes ofAcid Rain               479 (3)
  Environmental Consequences of Acid Rain          482 (10)
    Effects on Buildings and Statues               483 (1)
    Acidification of Natural Waters                483 (1)
    Effects on Aquatic Ecosystems                  484 (4)
    Remediation of Aquatic Systems                 488 (1)
    Destruction of Terrestrial Plants              488 (2)
    Human Health Effects                           490 (2)
  Acid Rain on the Move                            492 (1)
  Dealing with SOx and NOx Emissions               493 (4)
    Sulfur Oxides                                  493 (2)
    Nitrogen Oxides                                495 (2)
  Reference                                        497 (1)
  Further Readings                                 497 (2)
Chapter 28 Vehicle Emissions and Emissionless      499 (16)
Vehicles
  Tailpipe Emissions                               499 (3)
  How Smog Forms                                   502 (1)
  Catalytic Converters                             503 (2)
  Reformulated Gasolines                           505 (1)
  LEVs, Hybrids, and Electric Cars                 506 (6)
  Further Readings                                 512 (3)
Chapter 29 Global Climate Change                   515 (36)
  Our Planet Is a Greenhouse                       515 (8)
  An Enhanced Greenhouse Effect: Evidence for      523 (6)
  Global Change
    Roles for Other Greenhouse Gases               527 (2)
  Signs of Global Change                           529 (4)
  Potential Consequences of an Enhanced            533 (8)
  Greenhouse Effect
    Increasing Average Global Temperatures         533 (2)
    Rising Sea Level                               535 (2)
    Shift of Prime Agricultural Regions            537 (1)
    The Spread of Deserts                          538 (1)
    Human Health Effects                           539 (1)
    The Possible Release of More Greenhouse        540 (1)
    Gases on a Warmer Earth
    Increased Plant Growth as a Benefit            540 (1)
  The Role of the Global Carbon Cycle              541 (2)
  Possible Policy Options for Dealing with         543 (5)
  Global Warming
  References                                       548 (1)
  Further Readings                                 548 (3)
Chapter 30 Fossil Energy: Reserves, Resources,     551 (28)
and Geopolitics
  Energy Reserves and Resources                    551 (3)
  We Depend on Oil                                 554 (1)
  Oil Economics                                    555 (3)
  Lifetime Estimates                               558 (2)
  Increasing the Petroleum Reserve                 560 (2)
  Lessening Dependence on Petroleum                562 (1)
  Oil Production                                   563 (3)
  The Race between Discovery and Production        566 (1)
  What Does "Running Out" Really Mean?             567 (2)
  Geopolitics                                      569 (3)
  Natural Gas                                      572 (2)
  Coal                                             574 (2)
  References                                       576 (1)
  Further Readings                                 576 (3)
Chapter 31 Renewable Energy from Biomass           579 (36)
  Introduction to Biomass                          580 (3)
  Is Biomass CO2 Neutral?                          583 (1)
  Energy Crops                                     584 (3)
  Possible Disadvantages of Biomass                587 (2)
  Wood                                             589 (6)
    Uses of Wood as an Energy Source               590 (2)
    Problems with the Use of Wood                  592 (1)
    Is Wood "Renewable"?                           593 (2)
  Methanol                                         595 (4)
    Alcohols as Liquid Fuels for Vehicles          595 (1)
    Production of Methanol                         596 (1)
    Advantages of Methanol                         597 (1)
    Disadvantages of Methanol                      598 (1)
  Ethanol                                          599 (5)
    Production of Ethanol                          600 (1)
    Advantages of Ethanol                          601 (1)
    Disadvantages of Ethanol                       601 (2)
    Ethanol in the United States and Brazil        603 (1)
  Plant Oils and Biodiesel                         604 (4)
  Municipal Solid Waste                            608 (1)
  Methane from Biological Sources                  609 (2)
  Hydrogen                                         611 (2)
  References                                       613 (1)
  Further Readings                                 613 (2)
Chapter 32 Electricity from Wind                   615 (20)
  Where Wind Comes From                            615 (1)
  Wind Energy in the Recent Past                   616 (3)
  Wind Turbines                                    619 (5)
  Wind as a Modern Energy Source                   624 (1)
  Prime Locations for Wind Energy Development      624 (2)
  Electricity from Wind: The Current Scene         626 (1)
  Advantages of Wind for Electricity Generation    627 (1)
  Potential Disadvantages of Wind as an Energy     628 (3)
  Source
  Comparison of Wind Energy with Other Sources     631 (1)
  of Electricity
  References                                       632 (1)
  Further Readings                                 633 (2)
Chapter 33 Energy from the Sun                     635 (26)
  Energy from the Sun to Earth                     636 (2)
  Passive Solar Heating of Buildings               638 (3)
  Active Collection of Solar Energy for Heat       641 (5)
  and Hot Water
  Indirect Conversion of Solar Energy to           646 (4)
  Electricity
  Photovoltaics: Direct Conversion of Solar        650 (8)
  Energy to Electricity
  Advantages and Disadvantages of Solar as an      658 (1)
  Energy Source
  Further Readings                                 659 (2)
Chapter 34 Nuclear Fusion: Bringing the Sun to     661 (18)
Earth
  Where the Sun Gets Its Energy                    661 (5)
  Harnessing the Energy of Nuclear Fusion          666 (8)
    Fuel                                           666 (1)
    Ignition                                       667 (2)
    Reactors                                       669 (3)
    Energy Capture                                 672 (2)
  Comparing Fusion and Fission as Sources of       674 (1)
  Nuclear Energy
  Promise and the Frustration of Fusion Energy     675 (2)
  References                                       677 (1)
  Further Readings                                 677 (2)
Glossary of Symbols, Abbreviations, and Acronyms   679 (6)
Index                                              685
 

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