(2009年全國國中應用物理知識競賽)在一些農村地區建造的沼氣池,通過將農村大量的秸稈、人畜糞便發酵來獲取沼氣...
問題詳情:
(2009年全國國中應用物理知識競賽)在一些農村地區建造的沼氣池,通過將農村大量的秸稈、人畜糞便發酵來獲取沼氣,利用沼氣來燒火做飯,點燈照明。沼氣池的應用,不僅使上述資源得以更好的利用,同時也給生活帶來了諸多便利,使環境得以改善。這是一個一舉多得的惠民工程。圖3所示為一農戶的水壓式沼氣池的剖面簡圖。
說明:1.沼氣池 2.水壓池 3.進料口 4.密封蓋 5.輸氣管 6.貯氣室 7.沼氣壓力顯示器 8.總閥門 9.U形管壓強計(裡面裝有染成紅*的水) l0.出料口蓋板(不密封水壓池,水壓池仍與外面大氣相通) 11.閥門
已知該農戶家燃氣灶的相關技術資料如下:
使用燃料 | 液化石油氣 | 人工煤氣 | 人工沼氣 | |
灶前壓強(kPa) | 2.8 | 2.0 | 1.0 | 0.5 |
額定熱流量(kW) | 普通爐 | 左:3.6 | 組合爐 | 左:3.6 |
右:4.0 | 右:3.6 | |||
單爐 | 4.0 |
取g=10 N/kg,水的比熱容c水=4.2×l03J/(kg·℃)
(1).根據圖3所示,通過計算說明,該農戶此時能否使用這個沼氣池中的沼氣來正常燒火做飯?
(2).有一天,該農戶發現,沼氣壓強小於燃氣灶的要求。為了能儘快利用沼氣生火做飯,從物理學的角度看,可採取哪些措施?
(3).若該農戶所用的燃氣灶是普通爐,通常情況下,普通爐中的右爐單獨正常工作時,將一壺質量為2.5 kg、溫度為20℃的水燒開,耗時約10 min。試估算右爐燒水的效率。
(4).請你就如何提高燃氣灶的效率問題談淡你的設想。
【回答】
解析:(1).灶前沼氣的壓強p=ρ水gh水=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.06m=6.0×102Pa=0.6kPa
因為p>0.5kPa,因此可以使用這個沼氣池中的沼氣來正常燒火做飯。
(2).可採取的措施有:通過進料口向沼氣池中加水、加料或向水壓池中加水等。如果通過進料口向沼氣池中加適量的熱水,則效果更佳。
(3).一般說來,燃氣灶正常工作時,燃氣的燃燒是很充分的,我們可以視為燃氣完全燃燒;再把當時的大氣壓看作是1標準大氣壓。
水吸收的熱量 Q吸=c水m水△t水=4.2×103×2.5×(100—20)J=8.4×105J.
燃氣灶所放出的熱量 Q放=Pt=4.0×103×10×60J=2.4×106
右爐燒水的效率η=×100%=×100%=35%。
(4.)提高燃氣灶熱效率的設想如下:適當選用額定流量較大的爐具以縮短加熱時間,從而縮短向環境散熱時間,以減少熱損失;及時清除水壺底部的水垢,以加快熱傳遞;燒水時,水壺最好加蓋。
【點評】此題以沼氣應用為切入點,考查壓強、熱量、比熱、效率及其相關知識點。
知識點:熱機單元測試
題型:綜合題
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