Question

在一些農(nóng)村地區(qū)建造的沼氣池，通過將農(nóng)村大量的秸桿、人畜糞便發(fā)酵來獲取沼氣，利用沼氣來燒火做飯，點燈照明．沼氣池的應用，不僅使上述資源得以更好的利用，同時也給生活帶來了諸多便利，使環(huán)境得以改善．這是一個一舉多得的惠民工程．圖9 所示為一農(nóng)戶的水壓式沼氣池的剖面簡圖．

說明：1．沼氣池 2．水壓池 3．進料口 4．密封蓋 5．輸氣管 6．貯氣室 7．沼氣壓力顯示器 8．總閥門 9．U形管壓強計（里面裝有染成紅色的水）10．出料口蓋板（不密封水壓池．水壓池仍與外面大氣相通）11．閥門
己知該農(nóng)戶家燃氣灶的相關技術數(shù)據(jù)如下：

使用燃料	液化石油氣	天然氣	人工煤氣	人工沼氣
灶前壓強（kP a ）	2.8	2.0	1.0	1.5
額定熱流量 （kW ）	普通爐	左：3.6	組合爐	左：3.6
		右：4.0		右：3.6
	單爐	4.0

取g=10N/kg，水的比熱容4.2×10³J/（kg?℃）
a．根據(jù)圖9 所示，通過計算說明，該農(nóng)戶此時能否使用這個沼氣池中的沼氣來正常燒火做飯？
b．有一天，該農(nóng)戶發(fā)現(xiàn)，沼氣壓強小于燃氣灶的要求．為了能盡快利用沼氣生火做飯，從物理學的角度看，可采取哪些措施？
c．若該農(nóng)戶所用的燃氣灶是普通爐，通常情況下，普通爐中的右爐單獨正常工作時，將一壺質(zhì)量為2.5kg、溫度為20℃的水燒開，耗時約10min．試估算右爐燒水的效率．
d．請你就如何提高燃氣灶的效率問題談談你的設想．

Answer 1

解：a、灶前沼氣壓強p=ρ_水gh=1.0×10³kg/m³×10N/kg×0.06m=600Pa=0.6kPa，
因為p＜1.5kPa，
所以此時不可以使用這個沼氣池中的沼氣來正常燒火做飯．
b、可采取的措施有：通過進料口向沼氣池中加水、加料或向水壓池中加水等．如果通過進料口向沼氣池中加適量的熱水，則效果更佳．
c、一般說來，燃氣灶正常工作時，燃氣的燃燒是很充分的，我們可以視為燃氣完全燃燒；再把當時的大氣壓看作是1標準大氣壓．
燃氣灶所放出的熱量：Q_放=Pt=4.0×10³W×10×60s=2.4×10⁶J，
水吸收的熱量：Q_吸=c_水m_水△t_水=4.2×10³J/（kg?℃）×2.5kg×（100℃-20℃）J=8.4×10⁵J，
右爐燒水的效率：η=×100%=×100%=35%．
c、提高燃氣灶熱效率的設想如下：適當選用額定熱流量較大的爐具以縮短加熱時間，從而縮短向環(huán)境散熱的時間，以減少熱損失；及時清除水壺底部的水垢，以加快熱傳遞；燒水時，水壺最好加蓋．
答：a、該農(nóng)戶此時不能使用這個沼氣池中的沼氣來正常燒火做飯；
b、通過進料口向沼氣池中加水、加料或向水壓池中加水等，如果通過進料口向沼氣池中加適量的熱水，則效果更佳；
c、右爐燒水的效率為35%；
d、適當選用額定熱流量較大的爐具以縮短加熱時間，從而縮短向環(huán)境散熱的時間，以減少熱損失；及時清除水壺底部的水垢，以加快熱傳遞；燒水時，水壺最好加蓋．
分析：（1）由圖9可知U形管壓強計兩邊的液柱之差為6cm，根據(jù)p=ρgh求出這個沼氣池中沼氣的壓強，再與人工沼氣灶前壓強相比較，即可判斷能否正常工作．
（2）根據(jù)增大壓強的方法：減小沼氣池內(nèi)沼氣的體積和熱脹冷縮的方法提出可采取的措施．
（3）由表格中數(shù)據(jù)可知普通爐的額定熱流量，根據(jù)Q=Pt求出燃氣灶所放出的熱量，根據(jù)Q=cm△t求出水吸收的熱量，根據(jù)效率公式求出右爐燒水的效率．
（4）從減小散熱和影響熱傳遞的因素提出提高燃氣灶的效率問題的設想．
點評：本題考查了液體壓強、熱量等的計算和效率的計算等，關鍵是從所給信息中找到有用的數(shù)據(jù)，本題難度比較大，屬于難題．