9. 烟煤的热值是 2.9×10⁷ J/kg,用植物枝干和粪便真空发酵所得的沼气的热值是 4.2×10⁷ J/kg。如果每个农户家庭平均每月使用 40 kg 沼气,则 1 000 个使用沼气的农户一年将节省约多少吨的烟煤?
答案
解题过程如下:
每个农户一年使用沼气质量:$m_1 = 40×12 = 480\mathrm{kg}$;
$1000$个农户一年使用沼气总质量:$m_{总}= 1000×480 = 4.8×10^{5}\mathrm{kg}$;
$1000$个农户一年使用沼气所释放的热量:
$Q = m_{总}q_1=4.8×10^{5}\mathrm{kg}×4.2×10^{7}\mathrm{J/kg}=2.016×10^{13}\mathrm{J}$;
设节省烟煤质量为$m_2$,则$Q = m_2q_2$,
$m_2=\frac{Q}{q_2}=\frac{2.016×10^{13}\mathrm{J}}{2.9×10^{7}\mathrm{J/kg}}\approx6.95×10^{5}\mathrm{kg} = 695吨\approx700吨$(四舍五入到十位)。
综上,答案约为$700$吨。
每个农户一年使用沼气质量:$m_1 = 40×12 = 480\mathrm{kg}$;
$1000$个农户一年使用沼气总质量:$m_{总}= 1000×480 = 4.8×10^{5}\mathrm{kg}$;
$1000$个农户一年使用沼气所释放的热量:
$Q = m_{总}q_1=4.8×10^{5}\mathrm{kg}×4.2×10^{7}\mathrm{J/kg}=2.016×10^{13}\mathrm{J}$;
设节省烟煤质量为$m_2$,则$Q = m_2q_2$,
$m_2=\frac{Q}{q_2}=\frac{2.016×10^{13}\mathrm{J}}{2.9×10^{7}\mathrm{J/kg}}\approx6.95×10^{5}\mathrm{kg} = 695吨\approx700吨$(四舍五入到十位)。
综上,答案约为$700$吨。
10. 小科同学家原来用液化石油气烧水,每天约用 60 ℃的热水 100 kg。他参加“探究性学习”活动后,在老师的指导和同学的帮助下,制作了一台简易的太阳能热水器。
(1)若这台太阳能热水器夏天平均每天可将 100 kg 的水从 20 ℃加热到 60 ℃,则吸收的热量为多少?[假设该太阳能热水器吸收的热量全部被水吸收,c_水=4.2×10³ J/(kg·℃)]
(2)若液化石油气燃烧放出的热量有 70%被水吸收,他家改用太阳能热水器后,平均每天可节约液化石油气多少 kg?(液化石油气的热值为 8.0×10⁷ J/kg)
(1)若这台太阳能热水器夏天平均每天可将 100 kg 的水从 20 ℃加热到 60 ℃,则吸收的热量为多少?[假设该太阳能热水器吸收的热量全部被水吸收,c_水=4.2×10³ J/(kg·℃)]
(2)若液化石油气燃烧放出的热量有 70%被水吸收,他家改用太阳能热水器后,平均每天可节约液化石油气多少 kg?(液化石油气的热值为 8.0×10⁷ J/kg)
答案
(1)已知水的质量$m = 100\space kg$,初温$t_0 = 20\space℃$,末温$t = 60\space℃$,比热容$c_水 = 4.2×10³\space J/(kg·℃)$。根据热量计算公式$Q_吸 = cm(t - t_0)$,可得水吸收的热量:
$\begin{aligned}Q_吸&=4.2×10³\space J/(kg·℃)×100\space kg×(60\space℃ - 20\space℃)\\&=4.2×10³×100×40\space J\\&=1.68×10^7\space J\end{aligned}$
(2)因为液化石油气燃烧放出的热量有$70\%$被水吸收,所以液化石油气燃烧放出的热量$Q_放 = \frac{Q_吸}{\eta} = \frac{1.68×10^7\space J}{70\%} = 2.4×10^7\space J$。又已知液化石油气的热值$q = 8.0×10^7\space J/kg$,根据$Q_放 = mq$,可得节约液化石油气的质量:
$m = \frac{Q_放}{q} = \frac{2.4×10^7\space J}{8.0×10^7\space J/kg} = 0.3\space kg$
(1)$1.68×10^7\space J$;(2)$0.3\space kg$
$\begin{aligned}Q_吸&=4.2×10³\space J/(kg·℃)×100\space kg×(60\space℃ - 20\space℃)\\&=4.2×10³×100×40\space J\\&=1.68×10^7\space J\end{aligned}$
(2)因为液化石油气燃烧放出的热量有$70\%$被水吸收,所以液化石油气燃烧放出的热量$Q_放 = \frac{Q_吸}{\eta} = \frac{1.68×10^7\space J}{70\%} = 2.4×10^7\space J$。又已知液化石油气的热值$q = 8.0×10^7\space J/kg$,根据$Q_放 = mq$,可得节约液化石油气的质量:
$m = \frac{Q_放}{q} = \frac{2.4×10^7\space J}{8.0×10^7\space J/kg} = 0.3\space kg$
(1)$1.68×10^7\space J$;(2)$0.3\space kg$
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