Question

小明是个很善于把物理知识应用于实际的同学，最近他家中新安装了天然气热水器，如图所示。小明仔细观察了包装箱、热水器铭牌，获得了以下信息：①包装箱及热水器的总质量为16kg；②“堆码层数极限”标志数为11，即该包装箱在仓储时从地面开始，平放时最大堆放层数是11层，超过则可能把最底层的包装箱压坏；③根据包装箱尺寸计算出平放时的底面积为0.4m² ；④热效率为87%。表示该热水器工作时，天然气完全燃烧所消耗的化学能，有87%的转化为水的内能；⑤加热模式为“即热式”。即用热水器给水加热时，只要接通开关让自来水流过热水器，流出的水即可达到设定的水温。

水暖想估测该热水器的实际热效率，以核对铭牌上的数值是否准确。他接通热水器工作开关，当流出40kg热水时，让热水器停止工作。已知当时自来水的温度是15℃，热水器输出的热水温度为40℃，观察天然气表得知共用了0.15m³的天然气，天然气的热值为3.2×10⁷J/m³，水的比热容4.2×10³J/(kg·℃),g取10N/kg。

请帮小明解答下列问题：

（1）若在仓储时堆码层达到了极限11层，则最下层的包装箱承受的压强是多大？

（2）小明在估测过程中，①流过热水器的水吸收的热量是多少？②天然气完全燃烧释放的热量是多少？

（3）该热水器的实际效率是多少？

        

Answer 1

解：（1）堆码层数达到11层时，最下层的包装箱承受着上面10层的压力，其大小为：F=G=m_总g=10×16kg×10N/kg=1600N; ………………..2分

受力面积为：S=0.4m²，所以承受的压强为：…….2分

（2）①流过该热水器的水吸收的热量为：

Q_吸=c_水m_水(t-t₀)=4.2×10³J/(kg·℃)×40kg×(40℃-15℃)=4.2×10⁶J; ……2分

②天然气完全燃烧释放的热量为：

Q_放=q_气V_气=3.2×10⁷J/m³×0.15m³=4.8×10⁶J; …………………..2分

(3)该热水器的实际热效率为：

…………………………………………..2分