Question

1996年清華大學和香港大學的學生合作研制了太陽能汽車，該車是用太陽能電池把所接收到的太陽光能轉化成電能供電動機工作的.假設車上的太陽能電池接收太陽光能的面板面積S=8 m²，正對太陽時能產生U=120 V的電壓，并對車上的電動機提供I=10 A的電流，電動機的電阻R=4 Ω，太陽光照射到地面上單位面積上的輻射功率P₀=1.0×10³ W,求：
（1）該車的太陽能電池轉化太陽光能為電能的效率η₁是多大？電池把電能轉化成機械能的效率η₂是多大？
（2）太陽輻射的能量實際上是核聚變釋放的核能，其熱核反應方程是4→+2，若質量m=1 kg的質子發生此核聚變所釋放的核能完全轉化為該車行駛的機械能，則能夠維持該車行駛的最長時間是多少？（已知m_p=1.672 6×10^-27 kg,m_α=6.642 5×10^-27 kg,m_e=0.000 9×10^-27 kg,質子的摩爾質量M=1.0×10^-27 kg/mol,N_A=6.02×10²³ mol^-1）

Answer 1

解析（1）太陽能電池轉化太陽光能為電能的效率：η₁==15%電池把電能轉化成機械能的效率：η₂==66.7%.（2）4個質子核聚變為1個氦核釋放的核能：ΔE=(4m_p-m_α-2me)c²=4.15×10^-12 J1 kg質子都參與核聚變所釋放的能量：E=.（3）設車行駛的最長時間為t，則E=（UI-I²R）tt===1.30×10¹¹ s=4.12×10³年.答案(1)15% 66.7%(2)4.12×10³年