Máy nước nóng năng lượng Mặt Trời là thiết bị chuyển đổi trực tiếp năng lượng ánh sáng Mặt Trời thành nội năng của nước, làm nóng nước phục vụ nhu cầu sinh hoạt của gia đình. Máy có ưu điểm l
30/40
Thí sinh chọn các phương án đúng theo yêu cầu từ câu 21 đến câu 25 (nếu chọn duy nhất một phương án mà phương án đó là phương án đúng sẽ được tính một nửa số điểm của câu hỏi. Nếu chọn tất cả các phương án đúng sẽ đạt điểm tối đa của câu hỏi).
Máy nước nóng năng lượng Mặt Trời là thiết bị chuyển đổi trực tiếp năng lượng ánh sáng Mặt Trời thành nội năng của nước, làm nóng nước phục vụ nhu cầu sinh hoạt của gia đình. Máy có ưu điểm là an toàn, tiết kiệm năng lượng. Cấu tạo của máy gồm hai bộ phận chính: bộ phận thu nhiệt (gồm các ống hấp thụ nhiệt làm bằng thủy tinh) và bộ phận giữ nhiệt hay còn gọi là bình bảo ôn (bình này dùng để chứa nước). Biết dung tích của bình giữ nhiệt là 180 lít và luôn chứa đầy nước, nhiệt dung riêng của nước là 4200 J/(kg.K), khối lượng riêng của nước là 1 kg/lít.
1. Trong thực tế, bình bảo ôn được đặt phía trên bộ phận thu nhiệt chứ không đặt phía dưới, mặc dù nếu đặt phía dưới thì mức độ vững chắc của máy sẽ cao hơn. Giải thích hiện tượng này dựa trên nguyên lí đối lưu nhiệt.
2. Nhiệt lượng mà nước trong bình nhận được khi nhiệt độ của nước tăng từ 20 °C đến 70 C là 37850 kJ.
3. Biết rằng chỉ 40% năng lượng ánh sáng Mặt Trời chiếu vào bộ thu nhiệt được chuyển hóa thành nhiệt lượng làm nóng nước trong bình. Công suất bức xạ Mặt Trời trung bình thu được trên mỗi mét vuông là 1400 W/m2. Để nhiệt độ của nước trong bình tăng từ 20 °C đến 70 °C, ánh sáng Mặt Trời cần chiếu vào trong 5 giờ. Diện tích bộ thu nhiệt của máy là 3,75 m2.
4. Trong thực tế, công suất bức xạ ánh sáng Mặt Trời mà máy thu được luôn thay đổi theo thời gian. Nó phụ thuộc vào góc nghiêng của tia sáng khi chiếu vào bộ phận thu nhiệt, cường độ chùm tia sáng. Hình 1a biểu diễn kết quả khảo sát sự phụ thuộc theo thời gian của công suất bức xạ ánh sáng Mặt Trời mà máy thu được trong khoảng từ 8h00 đến 16h00 cùng ngày. Trong khoảng thời gian 2 giờ, máy hấp thụ được năng lượng ánh sáng Mặt Trời lớn nhất là 15,25 kW.h.
1. ĐÚNG
Khi nước trong ống thu nhiệt được đun nóng, khối lượng riêng giảm nên nước nóng chuyển động lên trên và đi vào bình bảo ôn; nước lạnh từ bình chảy xuống ống thu nhiệt. Cách bố trí này tạo dòng đối lưu tự nhiên, giúp nước được làm nóng liên tục mà không cần bơm.
2. SAI
Nhiệt lượng mà nước trong bình nhận được khi nhiệt độ của nước tăng từ 20°C đến 70°C là:
\(Q=m.c.∆T=D.V.c.∆T=1.180.4200.\left.( 70-20) \right.=37800\) kJ.
3. ĐÚNG
Gọi S là diện tích của bộ thu nhiệt. Công suất bức xạ Mặt Trời trung bình thu được từ bộ thu nhiệt là: \(P=1400.S\) (W).
Năng lượng ánh sáng Mặt Trời truyền cho bộ thu nhiệt trong 5 giờ là:
\(A=P.t=1400.S.5.3600=252.{10}^{5}.S\) (J).
Mà: \(H=\frac{Q}{A}\) \(40\%=\frac{37800.{10}^{3}}{252.{10}^{5}.S}\) \(S=3,75\) m2.
4. ĐÚNG
Từ đồ thị ta có công suất bức xạ ánh sáng mặt trời mà máy thu được là:
\(\left\{ \begin{aligned}P&=1,5.t-10\left. (8≤t≤12) \right. \\ P'&=-0,5.t+14\left. (12≤t≤16) \right.\end{aligned} \right.\)
Vì tại thời điểm 12 giờ, công suất mà máy thu được đạt giá trị lớn nhất nên để máy thu được năng lượng lớn nhất trong khoảng thời gian 2 giờ thì máy hoạt động trong những khoảng thời gian lân cận 12 giờ. Gọi t (h) là thời điểm trước 12 giờ như hình 1b.
Khi đó, năng lượng lớn nhất thu được là:
Giải phương trình \({A}^{'}=0\) hay \(-2t+23=0\) ta được \(t=11,5\) (h).
Suy ra, \({A}_{max}=-{\left. (11,5) \right.}^{2}+23.11,5-117=15,25\) (kW.h) khi t = 11,5 (h).
Vậy trong khoảng thời gian 2 giờ (từ 11,5h đến 13,5h), máy hấp thụ được năng lượng ánh sáng Mặt Trời lớn nhất là 15,25 kW.h.