热水器的种类很多,有电热水器、燃气热水器、太阳能热水器.根据所给的数据我们可以详细了解各种不同种类的热水器.已知水的比热

热水器的种类很多,有电热水器、燃气热水器、太阳能热水器.根据所给的数据我们可以详细了解各种不同种类的热水器.已知水的比热为4.2×10 3 J/(kg•℃)
(1)一人淋浴用水的流量约为10 -2 3 /分钟,合适的水温为50度(加热前的水温为20度),用水时间约为4分钟,若直接对流动的水加热,热水器工作时通过的电流为多大?这种热水器适合家用吗?
(2)有水箱的电热水器十分常见,如果水箱中的水恰好够一人淋浴用,电加热的效率为80%,供电电流为10A这种条件下的家庭电路中把水加热到所需水温需多少时间?耗电量为多少?
(3)燃气热水器的效率一般为80%,若天然气的燃烧热为3.6×10 7 J/m 3 ,一人淋浴的耗气量为多少?
(4)太阳能热水器具有节能和环保的优点,简易太阳能热水器的水箱中装入供一个淋浴的水,若水箱玻璃盖的面积s为1m 2 ,成都地区夏季晴朗天气,与太阳光垂直的表面接受太阳的辐射为7.6×10 4 J/(min•m 2 ),这种太阳能热水器的效率约为30%,假设使用中可以及时调节水箱朝向,使阳光总能垂直射入玻璃盖,求加热到合适温度需要多长时间?
(5)若已知日地间距r=1.5×10 11 m,地球半径R=6400km,太阳光到达地球时,大约有50%的能量被大气层反射和吸收,请根据(4)题的数据估算太阳辐射的总功率.(球体表面积公式s=4πR 2 ,保留一位有效数字)
摆摆余 1年前 已收到1个回答 举报

伊菱 幼苗

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(1)淋浴器每min用水质量:
m 1 =ρV=1×10 3 kg/m 3 ×10 -2 m 3 =10kg,
4min用水质量:
m=4m 1 =4×10kg=40kg,
一次淋浴需要4min,水从20℃升高到50℃需要吸收的热量:
Q =cm(t-t 0 )=4.2×10 3 J/(kg•℃)×40kg×(50℃-20℃)=5.04×10 6 J,
至少消耗的电能:
W =5.04×10 6 J,
电路提供的电功率:
P=
W
t =
5.04× 10 6 J
4×60s =21000W=21kW,
此时电路中的电流:
I=
P
U =
21000W
220V ≈95.5A,
一般家庭电路不可能达到95.5A的电流,所以电流直接对流动的水加热不适合;
(2)由(1)知道水箱中水加热到50℃吸收的热量:
Q =5.04×10 6 J,
由题知,W ′×80%=Q
消耗的电能:
W ′=
Q 吸
80% =
5.04× 10 6 J
80% =6.3×10 6 J,
又∵W ′=UIt,
即:6.3×10 6 J=220V×10A×t,
∴所需的时间为:t≈2860s.
(3)由(1)知道水箱中水加热到50℃吸收的热量:Q =5.04×10 6 J,
又Q =80%Q 气放 ,故Q 气放 =
Q 吸
80% =
5.04× 10 6 J
80% =6.3×10 6 J,
又Q 气放 =qV,故V=
Q 气放
q =
6.3× 10 6 J
3.6× 10 7 J/ m 3 =0.175m 3
(4)根据题意,热水器每m 2 面积上每分钟吸收的太阳辐射为7.6×10 4 J,
设需要t分钟,又水箱玻璃盖的面积s为1m 2 ,则此热水器在t分钟时段内吸收的太阳辐射为:
Q=1m 2 ×tmin×7.6×10 4 J/(min•m 2 )=t×7.6×10 4 J,
又Q =30%Q,故Q=
Q 吸
30% =
5.04× 10 6 J
30% =1.68×10 7 J,
整理后得,t=
1.68× 10 7
7.6× 10 4 min=221min=3.68h.
(5)地球表面积为:s=4πR 2 =4×3.14×(6.4×10 6 m) 2 =5.144576×10 14 m 2
由(4)知,1m 2 热水器在221min内吸收的太阳辐射为1.68×10 7 J,
故整个地球表面积在221min内吸收的太阳辐射为Q′=5.144576×10 14 ×1.68×10 7 J,
又太阳的辐射大约有50%的能量被大气层反射和吸收,故太阳在221min放出的总辐射能量为:W=
Q′
η =
5.144576× 10 14 ×1.68× 10 7 J
50% =1.73×10 22 J,
太阳辐射的总功率:P=
W
t =
1.73× 10 22 J
221×60s =1.3×10 18 W.
答:(1)热水器工作时通过的电流为95.5A,一般家庭电路不可能达到95.5A的电流,所以电流直接对流动的水加热不适合;
(2)把水加热到所需水温需2860s,耗电量为6.3×10 6 J;
(3)一人淋浴的耗气量为0.175m 3
(4)加热到合适温度需要221min;
(5)太阳辐射的总功率为1.3×10 18 W.

1年前

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