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家用燃气快速热水器(如图1所示)是一种方便、快捷且不受天气影响的洗浴设备.下表为某品牌家用燃气快速热水器的主要技术数据.已知天然气的热值为8×107J/m3,水的比热容为4.2x103J/(kg.℃).
(1)为安全使用此热水器,机体上印有一些警告,其中一条是这样说的:“气温低于0℃时,用后请打开放水塞,放尽机体内存水,再拧紧…”.请解释为什么要这样做?
(2)试求该型号家用燃气快速热水器正常工作时的烧水效率.
(3)若在额定产热水能力下进行淋浴,一次淋浴总计加热时间为20min,则此次淋浴至少需消耗多少天然气?
(4)为防止燃气热水器在无水或水压过低时“干烧”,技术人员设计了很多种“水气联动”装置,实现通常所说的“水到气到”.图2就是其中一种“水气联动”装置的原理图,你能看出它的工作原理吗?请简述它是如何利用“水到”来控制“气到”的.
(5)为了防止热水器工作过程中加热火焰意外熄灭导致燃气泄漏,技术人员设计了“火灭断气”的装置.如图3所示为一种“火灭断气”装置的原理图,请根据这个原理图,简述它是怎样实现“火灭断气”功能的?
生产许可证 XK00-1020044 执行标准 GB6932-2001 型号 JSD16-D8JA 燃起种类 天然气 额定燃起压强 2000Pa 额定热负荷 16kW 适用水压 0.025Mpa~0.75Mpa 额定产热水能 8L/min(△t=25K) 额定电压 3V(DC)

人气:101 ℃ 时间:2025-04-19 10:58:34
解答

(1)气温低于0℃时,使用后的热水器中残存的水会结冰.水结冰后,密度变小,体积膨胀,很容易把热水器胀破.所以,气温低于0℃时,用后需要打开放水塞,放尽机体内存水,再拧紧;
(2)热水器正常工作1min,产生的热量为Q=Pt=16×103W×60s=9.6×105J
1min内加热水的质量为m=ρV=1.0×103kg/m3×8×10-3m3=8kg
这些水吸收的热量为Q吸=cm△t=4.2×103J/(kg•℃)×8kg×25℃=8.4×105J
热水器的烧水效率为η=
Q吸
Q=
8.4×105J
9.6×105J=87.5%;
答:热水器的烧水效率为87.5%;
(3)一次淋浴需要的热量为Q淋=Pt淋=16×103W×1200s=1.92×107J
需要完全燃烧的天然气的体积为V气=
Q淋
q=
1.92×107J
8×107J/m3=0.24m3;
答:一次淋浴需要完全燃烧0.24m3的天然气;
(4)当进水口处有水压时,膜片的右面就会受到向左的压力,克服弹簧的弹力向左推动阀杆,打开进气阀门使燃气接入主火管道;反之,如果此时的水压很小或者无水,则膜片受到的向左的压力就会减小甚至消失,燃气阀门就会在弹簧的压力下向右移动而关闭,停止进气;
(5)火焰燃烧时,双金属片外侧的金属温度升高时膨胀的更多,双金属片向下弯曲,推动燃气阀门打开;如果因为意外的原因使火焰熄灭,双金属片的温度降低,外侧金属收缩的更多,双金属片向上伸直,拉动燃气阀门关闭,防止燃气外泄.

试题解析:

(1)水的凝固点是0℃,水在结冰过程中体积会膨胀;
(2)已知热水器的额定热负荷和1min,可以得到在此时间产生的热量Q;
已知1min加热水的体积,可以得到1min加热水的质量;已知水的质量、比热和升高的温度,可以得到吸收的热量;
已知水吸收的热量和热水器产生的热量,两者之比就是热水器的烧水效率;
(3)已知热水器的额定热负荷和淋浴时间,可以得到在此时间产生的热量Q淋;已知需要的热量和天然气的热值,利用V=Qq得到燃烧的天然气;
(4)水箱中进水时,对膜片有向左的压力,压力足够大时,弹簧被压缩,燃气阀门打开,热水器供热;反之燃气阀门关闭;
(5)物体具有热胀冷缩的性质,但不同物体的热膨胀程度不同,双金属片就是两片热膨胀程度相差很大的金属片铆合而成.

名师点评:

本题考点: 热量的计算;物质的物理特征;燃料的热值.
考点点评: 此题提供的信息量大,从这么多的信息中迅速提取出有用的信息,是解决这类问题的关键.平时多留心,多观察,了解物理知识在实际生活中的应用.

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