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新型电辅式太阳能热水器,可以在天气差、吸热功率小的情况下,启动电热管对水加热补偿.小明家购买了这样一台热水器,下表是其铭牌上的一组主要技术参数(吸热功率是指在阳光照射下,集热管每秒钟吸收的太阳辐射的能量).
容积/L集热管采光面积/m2吸热功率/kW额定电压/V电热管额定功率/kW
16021~22202
冬季某天,该热水器中装满了5℃的冷水,集热管平均吸热功率1250W,热水器的效率为56%,白天阳光照射8h,则:
(1)水吸收的热量是多少?达到的温度是多少℃?
(2)夜晚,小明家人需要45℃以上的洗澡水,则电热管至少正常工作多长时间?[c水=4.2×103J/].
【答案】分析:(1)先根据集热管平均吸热功率1250W,热水器的效率为56%,白天阳光照射8h,太阳能热水器里的水吸收的热量,再利用密度公式m=ρV、吸热公式Q吸=Cm(t-t)求出水吸收这些热量后水升高到的温度.
(2)夜晚,小明家人需要45℃以上的洗澡水,先计算保温箱里的水温度升高到45℃吸收的热量,再计算这些热量由电功率为2kw的电热管加热需多长时间.
解答:解:(1)当集热管平均吸热功率1250W,白天阳光照射8h时集热管吸收的太阳能为:
Q太阳=P吸t=1250W×8×3600s=3.6×107J;
∵热水器的效率为56%;
∴水吸收到的热量Q吸=Q太阳×56%=3.6×107J×56%=2.016×107J;
保温箱充满水时:
水的质量m=ρ水V=1.0×103kg/m3×160×10-3m3=160kg;
由∴Q吸=C水m(t-t)得:
;
答:水吸收的热量是2.016×107J的太阳能,达到的温度是35℃.
(2)经上面的计算可知白天水温度已达到35℃,夜晚,小明家人需要45℃以上的洗澡水,则水需由电热管继续加热,从35℃至少升高到45℃,则吸收的热量为:
Q吸1=C水m(t1-t01)=4.2×103J/(kg?℃)×160kg×(45℃-35℃)=6.72×106J;
∵Q吸1=Q电=Pt;
∴;
答:保温箱里的电热管至少正常工作0.93小时.
点评:本题考查了学生热量的计算和能量的利用率的运用,注意晚上用电加热水,是在白天太阳照射加热后进行的,计算时注意公式中单位要统一.
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