隨著新能源、低碳等理念的普及,小明設(shè)想出了一種完全以太陽(yáng)能電池為能源的汽車,以下是他查到的一些數(shù)據(jù):太陽(yáng)輻射的總功率P總=3.9×1026w,太陽(yáng)到地球的距離r=1.5×1011m,陽(yáng)光穿過(guò)太空和地球周圍的大氣層到達(dá)地面的過(guò)程中的能量損耗約為51%;太陽(yáng)光垂直照射時(shí),太陽(yáng)能電池的能量轉(zhuǎn)化效率最高約為15%;假設(shè)一輛太陽(yáng)能電池車的質(zhì)量約為750kg,期望達(dá)到的最高時(shí)速為72km/h,車輛行駛過(guò)程中的平均阻力約為車重的0.02倍,車身最多能敷設(shè)的太陽(yáng)能電池板的面積約為8m2,驅(qū)動(dòng)電機(jī)能夠?qū)⑤斎牍β实?0%轉(zhuǎn)化為用于牽引汽車前進(jìn)的機(jī)械功率.(已知半徑為r的球的表面積為S=4πr2,g=10N/kg)
(1)根據(jù)以上數(shù)據(jù),通過(guò)計(jì)算對(duì)小明的設(shè)想進(jìn)行分析與評(píng)價(jià).
(2)你對(duì)他的設(shè)想有什么改進(jìn)建議?
(1)v=72km/h=20m/s;
驅(qū)動(dòng)電機(jī)需要達(dá)到的最大機(jī)械輸出功率:P
機(jī)=Fv=kmgv=0.02×750kg×10N/kg×20m/s=3000W;
需要的電功率P
電=
=
≈3333W;
P
大=
=
(1?51%)×3.9×1026 |
4×3.14×(1.5×1011)2 |
W=676W;
P
電池=η
3P
大S=15%×676×8W=811W<3333W;
以上數(shù)據(jù)為天氣晴朗、太陽(yáng)能電池板始終垂直于陽(yáng)光時(shí)的數(shù)據(jù),實(shí)際上汽車上的電池板很難做到始終于陽(yáng)光垂直,其實(shí)際提供的電功率會(huì)小于P
電池;不能滿足驅(qū)動(dòng)電機(jī)的需求.
(2)減輕車體自身的重力、降低車輛行駛時(shí)的阻力、減小機(jī)械損耗、降低車輛設(shè)計(jì)最高時(shí)速、提高電機(jī)的效率、兼容其他能源動(dòng)力、使用蓄電池供電、在車的頂部安裝折疊式太陽(yáng)能電池板、停車時(shí)將太陽(yáng)能電池板轉(zhuǎn)化的電能存入蓄電池、研發(fā)高效率太陽(yáng)能電池板等.