能量守恒定律,即熱力學第一定律,是指在一個封閉系統內部,能量不斷變換形式、轉換、轉移,其總和不變。具體來說,能量守恒定律表明,在一個孤立系統內,總機械能(機械能可以包括內能)在轉化和轉移的過程中,其形式是不會發生改變的。這可以由熱力學第二定律來進一步說明。
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題目:一個太陽能熱水器,它的容量為100升,效率為70%。如果這個熱水器在陽光下每天可以吸收到3.6MJ的能量,那么它需要多少天才能將一桶50升的水從15℃加熱到65℃?
解答:
首先,我們需要了解能量守恒的基本原理,即能量不能被創造或消失,只能從一種形式轉化為另一種形式。在這個問題中,太陽能熱水器吸收的能量轉化為水的內能,使水升溫。
已知太陽能熱水器的容量為:100升
已知太陽能熱水器的效率為:70%
已知太陽能熱水器每天可以吸收到的能量為:3.6兆焦耳(MJ)
已知需要加熱的水的體積為:50升
已知水的初始溫度為:15℃
已知水的目標溫度為:65℃
太陽能熱水器吸收的能量 = 水的質量 × 水的比熱容 × 水的溫度變化
其中,水的質量可以通過水的體積和水的密度來計算。
水的密度為:1千克/升
水的比熱容為:4.2千焦耳/(千克·℃)
太陽能熱水器需要加熱的水的質量為:
$50 \times 1 = 50$千克
太陽能熱水器需要加熱的水的溫度變化為:
(65 - 15)℃ = 50℃
太陽能熱水器需要加熱的水的內能為:
$50 \times 4.2 \times 50 = 10500$千焦耳
太陽能熱水器需要的時間為:
$3.6 \times 10^{6} \div (10500 \times 70\%) = 72$天
所以,太陽能熱水器需要72天才能將一桶50升的水從15℃加熱到65℃。