Question

小华同学家安装了一台太阳能热水器，晴天可利用太阳能集热，阴雨天可用电辅助加热，铭牌如下：
（1）若平均每平方米面积上每小时接收的太阳能约为2.8×10⁸J。该热水器接受太阳能的有效面积为1.5m²，每天日照时间8h，则它1天中接收的太阳能E约为多少？若太阳能装满水，这些太阳能有60%被热水器吸收，则可使水温升高多少？[水的比热容为4.2×10³J/（kg·℃） 取g=10N/kg ]
（2）若该热水器1天中接收的太阳能由电加热提供，则热水器正常工作的电流是多少？热水器需正常工作时间是多长？
（3）一天，小华在晚饭后用电烧水，发现将贮满水的热水器中的水从20℃升高到60℃，晚上比白天烧水用的时间长，原因是：_________________________________，他仔细查看了太阳能热水器的说明书，发现其发热体就是一根电热丝。他想将它改造一上，使其加热时间缩短，请你给他提出一种改造的方案：____________________________________。
（4）请从能源和可持续发展的角度，说出提倡开发利用太阳能的主要理由；说出当前利用太阳能方面所面临的主要问题。

Answer 1

解：
（1）它1天中接收的太阳能E约为：E=2.8×10⁶J×1.5×8=3.36×10⁷J
热水器装满水的质量为：m=ρv=1.0×10³ kg / m³×100 L=100 kg
由公式Q=cm（t₂-t₁）可求水温升高为：（t₂-t₁）=Q/ cm= E×60% / cm=3.36×10⁷J×60% /［4.2×10³J/（kg·℃）×100 kg］=48℃
（2）热水器正常工作的电流可由P=UI得：I=P/U=2000W/220V≈9.1A，热水器需正常工作时间可由E=W=Pt求出：t=W/P=E/P=3.36×10⁷J/2000W=1.68×104s≈9.1h
（3）晚饭后为用点高峰电压低，在相同时间内产生的热量少；再并联一根电阻丝
（4）使用太阳能不仅清洁无污染，而且还节约能源。当前利用太阳能方面所面临的主要问题有：转化率低，且易受到天气的影响。