题目

太阳能是人类能源的宝库，人类早期除了间接利用存贮在化石燃料中的能源外，还设法直接利用太阳能．如图所示，太阳能集热器就是直接利用太阳能把水加热的装置．太阳能热水系统主要元件包括集热板、储存装置及循环管路三部分．

（1）储存装置比集热板的位置要高，请你猜想为什么要这样设计？
（2）假设家用太阳能热水器的效率在夏天可达50%；从太阳能手册中查到，在地球表面，晴天时垂直于阳光的表面接收到的热辐射为1.26×10³J/m²•s．如果储水箱内的水大约有40kg，集热板接收阳光垂直照射的面积始终是1.5m²，请计算，要使水温上升30℃需要多长时间？
（c_水=4.2×10³J/（kg•℃））

提问时间：2020-12-31

答案

（1）水在集热板中被加热后，温度升高，体积膨胀，根据ρ=

m

V

，密度变小，热水上升，冷水下降，形成对流，所以储存装置比集热板的位置要高，以便集热板对冷水继续加热．
（2）Q_吸=cm（t-t₀）=4.2×10³J/（kg•℃）×40kg×30℃=5.04×10⁶J；
由题意可知，Q_吸=1.26×10³J/（m²•s）×1.5m²×t×50%=5.04×10⁶J，
解得：t≈5333.3s≈1.48h；
答：（1）水在集热板中被加热后，温度升高，热水上升，冷水下降，以便集热板对冷水继续加热．
（2）要使水温上升30℃需要1.48h．