问题 问答题

以前我校食堂使用锅炉燃烧优质煤为学生宿舍提供热水,成本高、污染重.今年暑假,学校领导对这种供水方式进行了改进,筹集资金购买了100台太阳能热水器,将它们安装在阳光充足的宿舍楼楼顶上.其铭牌上的部分参数如图所示.

(1)热水器上满水后,水的质量为多少?

(2)资料显示泰州地区(晴天)平均每平方米的面积上,每小时接收的太阳能约为2.1×106J.若这些热水器上满水,每天日照时间按8h计算,则每台热水器一天中接收的太阳能(E)约为多少?水吸收的热量为多少?所吸收的热量可使水温升高多少?[c=4.2×103J/(kg•℃)]

(3)若这100台热水器一天中接收的太阳能,由燃烧优质煤(热值q=3.4×107J/kg)来获得,则至少需要完全燃烧多少千克优质煤?(保留一位小数)

答案

已知:ρ=1.0×103kg/m3,V=80L=0.08m3,η=60%,c=4.2×103J/(kg•℃),q=3.4×107J/kg

求:(1)热水器上满水后水的质量m

(2)每台热水器一天中接收的太阳能E,水吸收的热量Q,所吸收的热量可使水温的变化量△t;

(3)100台热水器一天中接收的太阳能,至少相等于完全燃烧优质煤的质量m.

(1)根据ρ=

m
V
可得,热水器上满水后水的质量:

m=ρV=1.0×103kg/m3×0.08m3=80kg;

(2)一天中接收的太阳能:

E=2.1×106J/(m2•h)×1.5m2×8h=2.52×107J,

水吸收的热量:

Q=ηE=60%×2.52×107J=1.512×107J,

根据Q=cm△t可得,水温的变化量:

△t=

Q
cm
=
1.512×107J
4.2×103J(kg•℃)×80kg
=45℃;

(3)由题知,E=100E=2.52×109J,

根据Q=mq可得,需要完全燃烧煤的质量:

m=

E
q
=
2.52×109J
3.4×107J/kg
≈74.1kg.

答:(1)热水器上满水后,水的质量为80kg;

(2)每台热水器一天中接收的太阳能约为2.52×107J,水吸收的热量为1.512×107J,所吸收的热量可使水温升高45℃;

(3)100台热水器一天中接收的太阳能,至少相等于完全燃烧74.1kg优质煤的质量.

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