Question

在一些農(nóng)村地區(qū)建造的沼氣池，通過將農(nóng)村大量的秸桿、人畜糞便發(fā)酵來獲取沼氣，利用沼氣來燒火做飯，點燈照明。沼氣池的應用，不僅使上述資源得以更好的利用，同時也給生活帶來了諸多便利，使環(huán)境得以改善。這是一個一舉多得的惠民工程。圖9 所示為一農(nóng)戶的水壓式沼氣池的剖面簡圖。

說明： 1．沼氣池　 2．水壓池　 3．進料口 　4．密封蓋 　5 . 輸氣管　 6．貯氣室 　7．沼氣壓力顯示器 　8．總閥門 9. U形管壓強計（里面裝有染成紅色的水）　10．出料口蓋板（不密封水壓池．水壓池仍與外面大氣相通）　11．閥門

己知該農(nóng)戶家燃氣灶的相關技術數(shù)據(jù)如下：

使用燃料	液化石油氣	天然氣	人工煤氣	人工沼氣
灶前壓強（kP a )	2.8	2.0	1.0	1.5
額定熱流量 （kW )	普通爐	左：3.6	組合爐	左：3.6
右：4.0	右：3.6
單爐	4.0

取g＝10 N/kg ，水的比熱容c水＝4.2×103J/(kg·℃)

1．根據(jù)圖9 所示，通過計算說明，該農(nóng)戶此時能否使用這個沼氣池中的沼氣來正常燒火做飯？

2．有一天，該農(nóng)戶發(fā)現(xiàn)，沼氣壓強小于燃氣灶的要求。為了能盡快利用沼氣生火做飯，從物理學的角度看，可采取哪些措施？

3．若該農(nóng)戶所用的燃氣灶是普通爐，通常情況下，普通爐中的右爐單獨正常工作時，將一壺質(zhì)量為2.5kg 、溫度為20℃的水燒開，耗時約10 min 。試估算右爐燒水的效率。

4．請你就如何提高燃氣灶的效率問題談談你的設想。

Answer 1

1 ．灶前沼氣壓強 p ＝ρ水g h水… （ l 分）

＝1 . 0×l03 kg/m3×l0N / kg×0．06 m ＝6 .0×l02Pa ＝0 . 6kPa… （ l 分）

因為 p > 0 . 5 kPa ，因此可以使用這個沼氣池中的沼氣來正常燒火做飯�！�（ l 分）

2．可采取的措施有：

通過進料口向沼氣池中加水、加料或向水壓池中加水等。如果通過進料口向沼氣池中加適量的熱水，則效果更佳。

說明：每項正確、合理的措施得 1 分，最多 2 分。

3．一般說來，燃氣灶正常工作時，燃氣的燃燒是很充分的，我們可以視為燃氣完全燃燒；再把當時的大氣壓看作是 1 標準大氣壓。

水吸收的熱量： Q 吸＝c水m水△t水… （ l 分）＝ 4.2×l03×2 . 5× ( l00一 20 ) J＝8 . 4×l 05 J… （ l 分）

燃氣灶所放出的熱量： Q 放＝ P t…（ l 分）＝4. 0×l03×10×60J＝2.4×l06 J…（1分）

右爐燒水的效率：η＝ ( 1 分）= 35 % ( 1分）

4．提高燃氣灶熱效率的設想如下：適當選用額定熱流量較大的爐具以縮短加熱時間，從而縮短向環(huán)境散熱的時間，以減少熱損失；及時清除水壺底部的水垢，以加快熱傳遞；燒水時，水壺最好加蓋。