Question

空氣的流動形成風，風具有能量，稱為風能。風能具有來源豐富、安全衛(wèi)生等優(yōu)點。圖3是我國某地區(qū)風力發(fā)電的外景圖。風力發(fā)電機中的葉片在風力的推動下轉(zhuǎn)動，并帶動機頭發(fā)電機發(fā)電，為人們提供電能。設該地區(qū)空氣密度為1.3kg／m3，一臺風車的輪葉轉(zhuǎn)動時可以形成面積為600m2的圓面。

1．若風速為10 m／s，則1s內(nèi)沖擊到風車輪葉形成的圓面的空氣質(zhì)量是多少kg?已知1kg空氣以這樣的速度運動時具有的動能是50J，10臺這樣的風車工作ls所產(chǎn)生的電能可供l盞“220V 60W”燈泡正常工作2h，求這種風車發(fā)電的效率。

2．若此地年平均風速為15 m／s，100臺這樣的風車一年(工作時間按4000h計算)獲得的風能相當于完全燃燒多少kg煤?(煤的熱值為3xlO7J／kg)

3．請你結(jié)合風力發(fā)電的實際情況及圖4中的有關信息說明目前風力發(fā)電開發(fā)的困難和前景。

Answer 1

1．每秒鐘通過的空氣流的長度為：L=vt=10m/s×1s=10m……1分

每秒鐘通過風車輪葉形成的圓面空氣流的體積為：……1分

V=SL=600m2×10m=6×103m3……1分

空氣流的質(zhì)量為：m=pV=1.3kg/m3×6×103m3=7.8×103kg………1分

1臺風車工作1s獲得的空氣的動能為：E0=7.8×103kg×50J/kg=3.9×105J…………1分

10臺風車工作1s獲得的空氣的動能為：E=10 E0=10×3.9×105J=3.9×106J…………1分

10臺風車工作1s產(chǎn)生的電能為：E電=pt=60W×2×3600S=4.32×105J……………2分

風車發(fā)電的效率為：η= E電/E×100%=4.32×105J/3.9×106J×100%=11%………1分

2．100臺風車1s獲得的風能為 E0‘=100×12×104J=12×107J………………1分

100臺風車一年獲提的風能為 E總=4000×3600×1.2×107J=1.728×1014J…2分

如果這些能量是由完全燃燒煤來獲得，則煤的質(zhì)量應為：

m=E總/q=1.728×1014J/3×107J/kg=5.76×106kg……1分

3．風力發(fā)電的實際困難為：

風力不穩(wěn)定，前期投資大，導致風力發(fā)電成本較高等�！�………1分

前景：隨著技術不斷的成熟，成本下降較快，有望低于火力發(fā)電成本；風力發(fā)電對環(huán)境幾乎沒有污染等。