Question

13．太陽能是人類能源的寶庫，如圖所示太陽能集熱器就是直接利用太陽能把冷水加熱的裝置．太陽能熱水系統主要元件包括集熱板、儲存裝置及循環管路三部分．
（1）太陽能熱水器效率在冬天只有30%，冬天時，假設垂直于陽光地球表面接收到的熱輻射為1.3×10³J/m²•s．當儲水箱內裝有36L水后，假設集熱板接收陽光垂直照射的面積始終是1.5m²．要使水溫上升30℃，光照需要多長時間？[C_水=4.2×10³J/（kg•℃）]
（2）儲存裝置比集熱板的位置要高，請評價這樣設計的利弊？

Answer 1

分析 （1）知道水的體積，利用ρ=$\frac{m}{V}$求水的質量，再利用Q_吸=cm（t-t₀）求水吸收的熱量，再根據水吸熱和陽光地球表面接收到的熱輻射熱“1.3×10³J/m²•s”求需要的光照時間；
（2）從水的對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ρ=$\frac{m}{V}$，密度變小，熱水上升，冷水下降，形成對流，所以儲存裝置比集熱板的位置要高，以便集熱板對冷水繼續加熱．
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，以便集熱板對冷水繼續加熱．

點評 本題為力學、熱學綜合題，考查了密度公式、吸熱公式的應用，能求出水吸收的熱量是關鍵．