Question

13．太陽(yáng)能是人類能源的寶庫(kù)，如圖所示太陽(yáng)能集熱器就是直接利用太陽(yáng)能把冷水加熱的裝置．太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)主要元件包括集熱板、儲(chǔ)存裝置及循環(huán)管路三部分．
（1）太陽(yáng)能熱水器效率在冬天只有30%，冬天時(shí)，假設(shè)垂直于陽(yáng)光地球表面接收到的熱輻射為1.3×10³J/m²•s．當(dāng)儲(chǔ)水箱內(nèi)裝有36L水后，假設(shè)集熱板接收陽(yáng)光垂直照射的面積始終是1.5m²．要使水溫上升30℃，光照需要多長(zhǎng)時(shí)間？[C_水=4.2×10³J/（kg•℃）]
（2）儲(chǔ)存裝置比集熱板的位置要高，請(qǐng)?jiān)u價(jià)這樣設(shè)計(jì)的利弊？

Answer 1

分析 （1）知道水的體積，利用ρ=$\frac{m}{V}$求水的質(zhì)量，再利用Q_吸=cm（t-t₀）求水吸收的熱量，再根據(jù)水吸熱和陽(yáng)光地球表面接收到的熱輻射熱“1.3×10³J/m²•s”求需要的光照時(shí)間；
（2）從水的對(duì)流加熱方面分析回答．

解答 解：
（1）水的體積V=36L=36dm³=0.036m³，
由ρ=$\frac{m}{V}$得水的質(zhì)量：
m=ρV=1×10³kg/m³×0.036m³=36kg，
Q_吸=cm（t-t₀）=4.2×10³J/（kg•℃）×36kg×30℃=4.536×10⁶J；
由題意可知，Q_吸=1.3×10³J/（m²•s）×1.5m²×t×30%=4.536×10⁶J，
解得：t≈7754s≈2.15h；
（2）水在集熱板中被加熱后，溫度升高，體積膨脹，根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$，密度變小，熱水上升，冷水下降，形成對(duì)流，所以儲(chǔ)存裝置比集熱板的位置要高，以便集熱板對(duì)冷水繼續(xù)加熱．
答：（1）光照需要2.15h；
（2）水在集熱板中被加熱后，溫度升高，熱水上升，冷水下降，以便集熱板對(duì)冷水繼續(xù)加熱．

點(diǎn)評(píng) 本題為力學(xué)、熱學(xué)綜合題，考查了密度公式、吸熱公式的應(yīng)用，能求出水吸收的熱量是關(guān)鍵．