Câu 4:
Để giải quyết bài toán này, chúng ta sẽ phân tích từng phần một cách chi tiết.
a) Công suất bức xạ chiếu lên bộ thu nhiệt
Công suất bức xạ chiếu lên bộ thu nhiệt được tính bằng công thức:
\[ P = I \times A \]
trong đó:
- \( I = 1000 \, \text{W/m}^2 \) là cường độ bức xạ mặt trời.
- \( A = 4,00 \, \text{m}^2 \) là diện tích bộ thu.
Thay các giá trị vào công thức, ta có:
\[ P = 1000 \times 4,00 = 4000 \, \text{W} \]
Vậy, công suất bức xạ chiếu lên bộ thu nhiệt là 4000 W.
b) Trong 1,00 h, năng lượng mặt trời chiếu lên bộ thu nhiệt
Năng lượng chiếu lên bộ thu nhiệt trong 1 giờ (3600 giây) được tính bằng:
\[ E = P \times t \]
trong đó:
- \( P = 4000 \, \text{W} \) là công suất bức xạ.
- \( t = 3600 \, \text{s} \) là thời gian.
Thay các giá trị vào công thức, ta có:
\[ E = 4000 \times 3600 = 14,400,000 \, \text{J} = 14,4 \, \text{MJ} \]
Vậy, trong 1,00 giờ, năng lượng mặt trời chiếu lên bộ thu nhiệt là 14,4 MJ.
c) Trong 1,00 h, phần năng lượng chuyển thành năng lượng nhiệt
Hiệu suất chuyển đổi của hệ thống là 25%, do đó phần năng lượng chuyển thành năng lượng nhiệt là:
\[ E_{\text{nhiệt}} = \text{Hiệu suất} \times E \]
\[ E_{\text{nhiệt}} = 0,25 \times 14,400,000 = 3,600,000 \, \text{J} = 3,6 \, \text{MJ} \]
Vậy, trong 1,00 giờ, phần năng lượng chuyển thành năng lượng nhiệt là 3,6 MJ.
d) Nhiệt độ nước tăng thêm
Năng lượng nhiệt được dùng để làm nóng nước có thể được tính bằng công thức:
\[ Q = m \times c \times \Delta T \]
trong đó:
- \( Q = 3,600,000 \, \text{J} \) là năng lượng nhiệt.
- \( m = 30 \, \text{kg} \) là khối lượng nước.
- \( c = 4200 \, \text{J/kg}^\circ\text{C} \) là nhiệt dung riêng của nước.
- \( \Delta T \) là độ tăng nhiệt độ.
Thay các giá trị vào công thức, ta có:
\[ 3,600,000 = 30 \times 4200 \times \Delta T \]
\[ \Delta T = \frac{3,600,000}{30 \times 4200} = \frac{3,600,000}{126,000} = 28,57^\circ\text{C} \]
Vậy, trong khoảng thời gian 1,00 giờ, nhiệt độ nước tăng thêm xấp xỉ \( 28,6^\circ\text{C} \).