如图*所示为大家常见的普通煤炉,通过燃烧煤将壶中的水进行加热。为提高煤炉效率,某大学创意小组设计了双加热煤炉,...
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如图*所示为大家常见的普通煤炉,通过燃烧煤将壶中的水进行加热。为提高煤炉效率,某大学创意小组设计了双加热煤炉,如图乙所示,在炉壁的夹层中也加入水,在给壶中水加热的同时,也给炉壁夹层中的水加热。现在1标准大气压下,壶中装有质量为4.5kg温度为20℃的水,己知q煤=3×107J/kg,c水=4.2×103J/(kg•℃),求:
(1)如果烧开壶中的水,需要吸收多少热量?
(2)已知*图煤炉烧水效率为28%,若用*图煤炉烧开壶中的水,需要完全燃烧煤的质量是多少?
(3)在乙图煤炉加热过程中,在消耗等量煤的情况下,除烧开壶中的水外,还可把炉壁夹层中10kg的水从20℃加热至40℃,则改进后乙图煤炉的烧水效率是多大?
【回答】
(1)1.512×106J;(2)0.18kg;(3)43.56%。
【解析】
(1)知道水的质量、水的初温和末温、水的比热容,利用吸热公式求水吸收的热量;
(2)知道普通煤炉的烧水效率,利用可得煤完全燃烧放出的热量;已知煤的热值,利用可得普通煤炉完全燃烧煤的质量;
(3)由题知,双加热煤炉还可额外把炉壁间10kg水从20℃加热至40℃,根据吸热公式求出炉壁间水吸收的热量;由题意可知,壶内水吸收热量不变,则可求出双加热煤炉中水吸收的总热量(有用能量);由题意可知,双加热煤炉中煤完全燃烧放出的热量不变,再利用效率公式求出改进后乙图煤炉的烧水效率。
【详解】
(1)1标准大气压下水的沸点为100℃,把壶内20℃,4.5kg水烧开,水吸收的热量:
;
(2)普通煤炉的烧水效率为28%,由可得煤完全燃烧放出的热量:
Q放===5.4×106J,
由可得需要完全燃烧煤的质量:
=0.18kg;
(3)改进后乙图双加热煤炉还可额外把炉壁间10kg水从20℃加热至40℃,则炉壁间水吸收的热量:
,
而壶内水的初温、末温以及质量均不变,则壶内水吸收热量不变,则双加热煤炉中水吸收的总热量:
,
由题意可知,双加热煤炉与普通煤炉消耗煤的质量相等,则这些煤完全燃烧放出的热量不变,则双加热煤炉的烧水效率:
。
答:(1)如果烧开壶中的水,需要吸收1.512×106J热量;(2)需要完全燃烧煤的质量是0.18kg;(3)改进后乙图煤炉的烧水效率是43.56%。
知识点:热机效率
题型:计算题
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