高校物理基礎の問題です

質問

よろしくお願いします。

太陽から地表へ到達する光のエネルギーは、
光の進行方向に垂直な面1(平方メートル)あたり1.3(kw)である。
いま、縦横それぞれ50(cm)高さ4.0(cm)で、
壁の薄い密閉された容器に、20℃の水が満たされている。
この容器の上面が常に太陽光線に対し、垂直になるように向け、
この面内に入射する光を全て吸収させ、水と容器を熱する。
気温は一定で20℃とし、容器の熱容量は無視する。

(1)　水1(立方メートル)あたり、質量は何gか。

(2)　容器から熱が逃げないとした時。90分間で水温は何度まで上昇するか。

(3)　実際には容器の温度と気温との間に差ができると、熱は逃げていく。
　　　単位時間に逃げる熱量はこの温度差に比例し、
　　　その値は温度差1℃あたり容器全体として12(W)であるとすると
　　　十分時間がたって水温が一定になった時、その水温は何度か。
　　　水の比熱を4.2(J/(ｇ・K))とする。

ちなみに答えは、
(1)1.0×10の六乗　(2)62℃　(3)47℃　です。

でも途中式などが全然分かりません(>_<)
なるべく分かりやすい説明をしていただけるとありがたいです・・・。

回答No.1

angkor_h

先ず、太陽光エネルギーは、1.3kW/m2=1300J/m2・秒当たり

> 水の比熱を4.2(J/(ｇ・K))とする。
⇒水が1deg変化する熱量

1) 水1(立方メートル)あたり、質量は何gか。
⇒この値は覚えなければいけません。他の問いとは無関係な設問です。

2) 太陽光エネルギーは平方メートル単位です。水が受ける太陽光面積(直行分)に比例した熱量を受け取ります。あとは温度変化分に換算するだけです。

3) 逃げる熱量12Wは、12J/秒になります。
水温を受ける光エネルギーと時間の関数とし、逃げるエネルギーを水温と時間関数として、その水温が同じ値となる式を解けばよいと思います。

なお、設問には逃げる熱と時間の関係が具体的に示されていませんが、12J/秒・1deg当たりと解釈すればよいのかな、と思います。
「温度差1℃あたり」とは、「外気温である20度を超える分」と考えればよいのでしょう。

後はご自分で関係式を組み立てて解いてください。それがお勉強です。