Environmental Systems

Environmental Systems



你好。这是Andersen先生, 欢迎来到环境科学第二节课,我们将讨论环境系统。 了解环境系统以及它如何运行可以让我们应对一些非常严重的环境问题 一个很好的例子是咸海。 咸海位于哈萨克斯坦和乌兹别克斯的边界。它曾是地球上第四大湖。 然后苏联以前从咸海抽水来灌溉他们的棉花和大米,但灌溉不是很高效。 因此如果你看咸海从1989到2014的变化,它基本上成了沙漠。 现在我们只能看见它南方
西边缘的区域。 然后鱼都死了,捕鱼业垮了,接着那里经济崩溃。这是对自然系统不善的
管理。 我们没有控制好投入和产量。 所以地球总的来说是个和宇宙周围事物分开的系统。 了解投入和产量可以使我们管理这个系统。 所以重要的东西是物质和能量。 记得我们是由物质是组成的吧? 原子组成了我们,石头,和水。然后能量是做功能力。 如果我们观察这个星球上的物质,它其实是个封闭系统。 在这星球上的物质是恒定的,我们不会从太空获得新的物质,所以我们只能和现存的原子过。 随着时间迁移,物质是恒定不变的的。但是如果我们看能量系统,它更像是开放的。 我们不停地从太阳吸收能量,然后以热力的形式释放热量。 所以对于物质,你需要了解它是恒定不变的 这点有深远的影响。举个例子,矿物质。 你不可以种矿物质。地球上的矿物质是有限的,所以只能去寻找它 如果说能量,请大家先了解热力学定律。 第一个定律基本就是能量恒定守则。能量既不会产生也不会毁灭。 第二定律照样重要,那是关于可用的能量。 每次能量改变时都会发生反应,但却在减少有用的能量。 所以怎么了解一个系统的功能叫系统分析。 如果系统不变的话,可称其为“稳定状态”或“平衡”。 而且我们可以通过负反馈循环靠近稳定状态,而用正反馈循环远离稳定状态。 总的来说,一个系统只是和周围环境分开了。 而我们叫这种系统“闭合系统”,比如地球上的物质。 我们不会获取新的物质,也不会通常丢失有的物质到太空去。 如果是像能量一样的开放系统,就会有一个与周边环境的流动。 然后物质,在我们星球上,是由有限的原子组成的。 然后原子是按元素周期表排列的。 最基本的原子,氢,有一个质子和电子。 它非常易起化学反应,这一列的元素也都非常活泼,因为大家只有一个价电子。 如果去看氦,氦在第一电子层里可以有两个电子。 因此它非常稳定,而它那一列的元素也一样。 如果我们拿一个对生物重要的原子,碳,它有四个价电子。 里边两个,外面两个。这就是元素的结构。 只要通过共价键,我们可以搭建很多复杂的结构。 举个例子,甲烷是一个碳,四个氢构成的。 它们分享了外层的电子,所以分子非常稳定。 然后,地球上的原子种类会因地点而变。 如果我们看人类,想想,人体中的原子都是些啥? 用百分比来说, 我们绝大多数是水,所以最多的是氢和氧。 我们也是碳组成的。氢含量很少因为氢原子质量很小。 氮,钙,磷也算一部分。但总的来说氧是最多的。 如果看水的话,就这一片河,它里头最多是什么呢? 可以这样说,最多的也是氧,因为它主要是水。 里头会有盐化合物,像钠和氯化物。但是主要是氧和氢。 如果我们看石头,它主要是什么? 氧。也会有些硅,铝和铁。但主要是氧。 如果我们看大气,那里主要是氮, 但是也有很多的氧和其他微量元素。 所以氧完全可以从大气转化成石头里的氧。 它可以到水里,到你身体里。它需要不断循环因为这星球上不会有新的原子。 其他重要的点是水的极性和特征。 了解pH和酸碱缓冲剂。最后是生物细胞。 如果你觉得你对这些方面了解不多,我在下面有相关视频,你怎么看都没问题。 我们接下来说能量。 能量是詹姆斯 焦耳最先测量出来的。 它有重量并且会下落。它也会在水里推动桨,所以你可以用温度计量水里的温度变化来得到它。 所以我们可以量化能量,或者做工能力。 我们后来干脆用焦耳名字小写(joule)做单位。 当我们聊能量时,另外个耳熟的东西是瓦特。瓦特是什么? 瓦特是每秒一焦耳的能量。所以这就有了时间。 如果千瓦的话,我们就得量一段时间内的某些能量。 所以,了解热力学定律至关重要。 如果一辆车从这到这它是在转换能量。我们并不在创造新能量而是转换一种能量到另一种能量。 但是能量在汽车动之前在哪里呢? 它在汽油里,之前在柴油里,更之前在远古雨林里。 再往前能量从阳光的来,雨林通过光合作用获得。 但是我们不是在创造新能量。我们不可以产生或销毁能量。这是第一个热力学定律, 第二定律是关于系统的。 所以我们对车的系统投入能量,就会有产出。 如果我们看投入的能量,汽油,我们用一些的能量来推动车的运动。 然而我们也以摩擦力和热量,声音的方式丢失些汽油产生的能量。 所以第二个热力学定律是说在每种互动, 每此我们都在损失一些可用能量。 它最后变成热量,无法在地球上被直接利用。所以记住这个平衡属于就是系统分析的领域。 这个模型挺好的,可以把它像成一个有洞的浴缸。 这里有投入,然后有产出。如果输入和输出的能量一样就是稳定状态, 就像这模型一样。 挺明了的。但是输入或输出增加时会如何? 我们会丢失那个稳定状态。 而保持稳态的是反馈循环。 如果我们看个真实的系统,一个瑞士的湖泊,它会处在稳定状态。 在自然界,我们会发现基本上所有的系统都会在稳定状态中。 它们会保持同样的状态。那么,它们是怎样做到的呢? 通过反馈系统。想一想,雪在融化的时候水位会增加。这会导致水面的上升。 我们也许可以排更多的水。这样,水位就会保持不变。 还可以发生什么呢? 因为这个湖的面积比较大,里面的水就会蒸发得很快,导致水位会降低。 但随着水位的降低,湖的面积又变小了,蒸发掉的水又少了。湖的水位又上升了。 这是一个负反馈循环系统。 同理,我们可以看看地球的加热。 现在,我们在增加地球里的温室气体,并增加它的温度。 这里就存在着一个负反馈循环系统。我们在对地球进行加热的时候 更多的热量会被太空吸收。 这就是一个负反馈循环系统。但问题是我们还有其他的正反馈循环系统在地球上运行。 比如说,我们把海洋加热的时候, 水会蒸发。这会形成水蒸气,而蒸汽是一个温室气体。 那结果呢?这会导致地球被加热。 更多的水也会被蒸发。这会导致更多的全球变暖。还有一个例子,我们可以看这个白色的区域。 如果有很多冰,光会被反射回太空。 把冰化了之后,就没有那么多返照的物体了。 地球会吸收更多的热量,温度就有增加了。 所以你有没有了解到这些?现在可以把视频暂停一下,试着填空。 但是我会开始总结这个视频了。我们记住了: 地球是一个系统。它有输入和产出。我们会做系统分析来测出一个系统的稳定状态。 记住它可以有负反馈循环或正反馈循环。 记得能量是一个开放的系统,而物质是一个封闭的系统。所以,物质会被保存。 而这,就是热力学。希望你学到了这点!我希望这对你有帮助! (这有帮助吗?) (请订阅)

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25 thoughts on “Environmental Systems

  1. This is fascinating! Have you considered the long-term effects of space exploration and colonization? That is, will the Earth remain a closed system, or would you change the definition to an open system?

  2. Thank you so much for your great classes. I am watching your videos just for the fun of learning and I cannot but keep watching them all. Very clear, well illustrated and with a normal speech rate so we can understand and think about your questions. Merci!

  3. I’m not taking the AP Test, but we have to take a mock one. NO WAY! We will see if I can do it, I don’t have that kind of memory. 😓😰😰

  4. Nice video, thank you! Short and sweet.

    P.S. This should be linked on Trumps twitter page. As we all know he doens't really understand global warming and likes short visual presentations ;).

  5. Aren't asteroids matter entering from outside of earth? Open system? Sending artificial satellites out to space not sending off matter?

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