太陽能是人類能源的寶庫,人類早期除了間接利用存貯在化石燃料中的能源外,還設法直接利用太陽能.如圖所示,太陽能集熱器就是直接利用太陽能把水加熱的裝置.太陽能熱水系統(tǒng)主要元件包括集熱板、儲存裝置及循環(huán)管路三部分.
(1)儲存裝置比集熱板的位置要高,請你猜想為什么要這樣設計?
(2)假設家用太陽能熱水器的效率在夏天可達50%;從太陽能手冊中查到,在地球表面,晴天時垂直于陽光的表面接收到的熱輻射為1.26×10
3J/m
2?s.如果儲水箱內的水大約有40kg,集熱板接收陽光垂直照射的面積始終是1.5m
2,請計算,要使水溫上升30℃需要多長時間?
(c
水=4.2×10
3J/(kg?℃))
(1)水在集熱板中被加熱后,溫度升高,體積膨脹,根據(jù)ρ=
,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(xù)加熱.
(2)Q
吸=cm(t-t
0)=4.2×10
3J/(kg?℃)×40kg×30℃=5.04×10
6J;
由題意可知,Q
吸=1.26×10
3J/(m
2?s)×1.5m
2×t×50%=5.04×10
6J,
解得:t≈5333.3s≈1.48h;
答:(1)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(xù)加熱.
(2)要使水溫上升30℃需要1.48h.