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高校物理基礎の問題です
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・・・。
- ahirunrun01
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- angkor_h
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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。
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