选择性必修三 课题研究

课题研究

燃气灶火力对烧水效率的影响

问题的提出

用燃气灶烧水时，怎样控制火力的大小来提高烧水效率，这是使用燃气灶时普遍遇到的问题。为此，需要研究影响燃气灶烧水效率的因素。^①燃气灶烧水时的能量转化和转移的情况如下。

用燃气灶烧水时，水的内能增加了，水的内能的变化量 ΔU 就是燃气灶输出的有用能量。因此，燃气灶烧水的效率 η = \(\dfrac{{\Delta U}}{Q}\)，而Q = ΔU + Q₁ + Q₂，这样，要提高燃气灶的烧水效率 η，便要设法减小烧水过程中热水散失给空气的热量 Q₁ 和火焰加热空气损失的热量 Q₂。

燃气灶火力如果太大，火焰散失在空气中的热量 Q₂ 相对较多，会降低效率；调小火力，会延长烧水的时间，热水散失给空气的热量 Q₁ 随加热时间延长而增大，也会降低效率。

怎样的火力有利于提高燃气灶烧水的效率呢？

热水散热损失（Q₁）的研究及其启示

在一个水壶（燃气灶头和水壶吸收的热量忽略不计）

费了能源。为此，我们选择两种不同火力，分别加热质量为 4 kg 的水从室温上升到 50℃。之所以只加热到 50℃ 就停止，是因为 50℃ 以下的水，通过水散失给空气的热量 Q₁ 并不多，可把不同火力下的 Q₁ 视为实验中的常量。该过程中，烧水的能量损失主要是燃气加热空气的热量 Q₂ 所造成的。

表 2 中的火力 1 是燃气灶的最大火力；火力 2 是燃气火焰大到恰好布满壶底但又不火焰四射的火力。用两种火力把相同的水都升高到 50℃ 所消耗的燃气量如表 2 所示。

由表 2 可知，水温较低时，燃气灶火力不能太大。

燃气灶烧水火力的设计

根据以上对 Q₁ 和 Q₂ 的研究，可以形成以下燃气灶烧水的节能策略：加热初期，水温不太高时用中火，避免燃气过分加热空气造成的浪费；加热后期，水温较高时用大火，避免因加热时间过长，热水长时期散热造成的浪费。

用实验检验研究结论的正确性。表 3 是三种不同加热方案消耗燃气的实验数据。

实验结果表明，方案 3 所消耗的燃气量最少，验证了先中火，后大火加热方案的正确性。