Question

18．如圖所示是利用太陽能加熱水的簡易裝置．水箱的四壁和底部均用絕熱材料制成，箱頂裝有吸熱板，其面積為1m²，水箱內(nèi)裝有質(zhì)量為50kg的水．地球表面接受的太陽輻射熱為1.0×10³J/（s．m²）（吸熱板每秒鐘每平方米面積上接收的熱量為1.0×10³J），若水箱里的水能吸收太陽輻射熱的30%，那么經(jīng)過4h后：
（1）太陽能是通過熱傳遞方式傳遞給水箱內(nèi)的水的．
（2）水箱內(nèi)的水溫升高多少℃？（小數(shù)點后面保留一位小數(shù)）
（3）至少可以節(jié)約天然氣的體積是多少？（小數(shù)點后面保留兩位小數(shù)）[水的比熱容4.2×10³J/（kg．℃） 天然氣熱值q=8.4×10⁷J/m³]．

Answer 1

分析 （1）改變物體內(nèi)能的方法有兩個：做功和熱傳遞．
（2）先求出4h簡易太陽曬水箱吸收的太陽輻射熱，又知道水箱里的水能吸收太陽輻射熱的30%，知道水的質(zhì)量和比熱容，利用Q_吸=cm△t求水的溫度升高值；
（3）

解答 解：（1）太陽能是通過熱傳遞的方式傳遞給水箱內(nèi)的水的；
（2）已知地球表面接受的太陽輻射熱為1.0×10³J/（s．m²），
1m²吸熱板4h接受的熱量為：
Q=1.0×10³J/（s．m²）×1m²×4×3600s=1.44×10⁷J；
由題意可知，水箱里的水吸收太陽的輻射熱為：
Q_吸=Qη=1.44×10⁷J×30%=4.32×10⁶J；
因為Q_吸=cm△t，
所以水箱中水升高的溫度為：
△t=$\frac{{Q}_{吸}}{cm}$=$\frac{4.32×1{0}^{6}J}{4.2×1{0}^{3}J/（kg•℃）×50kg}$=20.6℃；
（3）節(jié)約天然氣的體積為：V=$\frac{{Q}_{放}}{q}$=$\frac{{Q}_{吸}}{q}$=$\frac{4.32×1{0}^{6}J}{8.4×1{0}^{7}J/{m}^{3}}$=0.05m³．
答：（1）熱傳遞；（2）水箱中水升高的溫度為20.6℃；（3）節(jié)約天然氣的體積為0.05m³．

點評 吸收熱量的計算屬于基礎(chǔ)知識，但結(jié)合晴天時垂直于陽光的表面接收到的熱輻射和太陽能熱水器的效率計算所需時間，增加了理解的難度，要細(xì)心解答．