問題詳情:
如圖*所示為大家常見的普通煤爐,通過燃燒煤將壺中的水進行加熱。為提高煤爐效率,某大學創意小組設計了雙加熱煤爐,如圖乙所示,在爐壁的夾層中也加入水,在給壺中水加熱的同時,也給爐壁夾層中的水加熱。現在1標準大氣壓下,壺中裝有質量為4.5kg温度為20℃的水,己知q煤=3×107J/kg,c水=4.2×103J/(kg•℃),求:
(1)如果燒開壺中的水,需要吸收多少熱量?
(2)已知*圖煤爐燒水效率為28%,若用*圖煤爐燒開壺中的水,需要完全燃燒煤的質量是多少?
(3)在乙圖煤爐加熱過程中,在消耗等量煤的情況下,除燒開壺中的水外,還可把爐壁夾層中10kg的水從20℃加熱至40℃,則改進後乙圖煤爐的燒水效率是多大?
【回答】
(1)1.512×106J;(2)0.18kg;(3)43.56%。
【解析】
(1)知道水的質量、水的初温和末温、水的比熱容,利用吸熱公式求水吸收的熱量;
(2)知道普通煤爐的燒水效率,利用可得煤完全燃燒放出的熱量;已知煤的熱值,利用可得普通煤爐完全燃燒煤的質量;
(3)由題知,雙加熱煤爐還可額外把爐壁間10kg水從20℃加熱至40℃,根據吸熱公式求出爐壁間水吸收的熱量;由題意可知,壺內水吸收熱量不變,則可求出雙加熱煤爐中水吸收的總熱量(有用能量);由題意可知,雙加熱煤爐中煤完全燃燒放出的熱量不變,再利用效率公式求出改進後乙圖煤爐的燒水效率。
【詳解】
(1)1標準大氣壓下水的沸點為100℃,把壺內20℃,4.5kg水燒開,水吸收的熱量:
;
(2)普通煤爐的燒水效率為28%,由可得煤完全燃燒放出的熱量:
Q放===5.4×106J,
由可得需要完全燃燒煤的質量:
=0.18kg;
(3)改進後乙圖雙加熱煤爐還可額外把爐壁間10kg水從20℃加熱至40℃,則爐壁間水吸收的熱量:
,
而壺內水的初温、末温以及質量均不變,則壺內水吸收熱量不變,則雙加熱煤爐中水吸收的總熱量:
,
由題意可知,雙加熱煤爐與普通煤爐消耗煤的質量相等,則這些煤完全燃燒放出的熱量不變,則雙加熱煤爐的燒水效率:
。
答:(1)如果燒開壺中的水,需要吸收1.512×106J熱量;(2)需要完全燃燒煤的質量是0.18kg;(3)改進後乙圖煤爐的燒水效率是43.56%。
知識點:熱機效率
題型:計算題