Fizica 140: Efect de seră
Primăvara anului 2008
Soluții pentru temele nr. 2 - Data miercuri, 20 februarie 2008

Fiecare parte a fiecărei probleme valorează 2 puncte, cu excepția cazului în care se menționează altfel. În toate problemele: dați unitățile cu răspunsul numeric (cu excepția cazului în care răspunsul este un număr pur). Răspunsuri finale rotunde la numărul adecvat de cifre semnificative (unul sau mai mulți extra sunt ok). AFIȘAȚI-VĂ LUCRAREA pentru toate părțile tuturor răspunsurilor!

pagina

1) (a) (1 pct) Care este energia cinetică, în J, a unei persoane de 130 lb plus o bicicletă de 20 lb care parcurge 10 mile pe oră?
Răspuns:
10 mile/oră x 1600 m/mile x 1 oră/3600 s = 4,44 m/s
150 lb x 1 kg/2,2 lb = 68,2 kg
energie cinetică = (1/2) mv 2 = 0,5 x 68,2 kg x (4,44 m/s) 2 = 672 kg m 2/s 2 = 672 J

(b) Cu cât crește, în J, energia potențială a unei persoane de 130 lb plus o bicicletă de 20 lb atunci când urcă pe un deal de 200 ft?
Răspuns:
200 ft x 1 m/3,28 ft = 61,0 m
energie potențială = mgh = 68,2 kg x 9,8 m/s 2 x 61,0 m = 40,800 kg m 2/s 2 = 40,800 J

Convertiți acest lucru în calorii alimentare (1 calorie alimentară = 1000 calorii).
Răspuns:
40.800 J x 1 cal/4.184 J x 1 calorie alimentară/1000 calorii = 9,7 calorii alimentare

Dacă oamenii sunt eficienți cu 20% pentru a transforma energia chimică în energie mecanică, câte calorii (dintr-un aport zilnic tipic de 2000 de calorii) ar arde pe acest deal?
Răspuns:
0,2 x calorii alimentare introduse = 9,7 calorii alimentare cu energie utilă
Rezolvați pentru a obține calorii alimentare alimentare = 49 calorii alimentare

2) Arzătorul cu „putere de fierbere” pe o gamă de gaze cu model curent are o putere termică de 15.000 Btu/oră. Convertiți acest lucru în W.
Răspuns:
15.000 Btu/h x 1055 J/Btu x 1 h/3600 s = 4.400 J/s = 4.400 W.

3) Căutați pe Internet un raport al unei descoperiri recente specifice a unor noi rezerve de petrol. Atașați o copie a paginii relevante și cercuiți sau evidențiați dimensiunea estimată a rezervelor noi, în butoaie. Folosind această cifră, calculați cât timp ar fi nevoie pentru a consuma această nouă aprovizionare, luând rata consumului mondial de 80 de milioane de barili pe zi.

Răspuns: Să luăm, de exemplu, descoperirea raportată în Brazilia a unei noi rezerve de 5 până la 8 miliarde de barili. Să luăm numărul mic, 5 miliarde, și să vedem cât va dura la ritmul actual al consumului mondial.

5 miliarde de barili x 1 zi/80 de milioane de barili = 62,5 zile
(numărul mare, 8 miliarde, ar dura 100 de zile).

4) Panoul meu solar are o suprafață de 20 m 2 și o eficiență de 20%. Dacă soarele strălucește direct pe panoul meu cu o intensitate de 700 W/m 2, care este puterea de ieșire?

Răspuns: Puterea de intrare este de 700 W/m 2 x 20 m 2 = 14.000 W. Folosiți
puterea de intrare x eficiența = puterea de ieșire
pentru a calcula 14.000 W x 0.20 = 2.800 W = 2.8 kW

5) Energia electrică generată în SUA în 1999 a fost de 3,2 trilioane kWh.
(a) Care a fost puterea medie totală de putere a centralelor electrice din SUA în 1999, în GW?
Răspuns:
3,2 trilioane kWh/an x ​​1 an/(24 x 365) ore = 0,000365 trilioane kW = 365 miliarde W = 365 GW

(b) (1 pct.) Dacă cererea de energie electrică s-ar dubla, câte centrale electrice de 1000 MW ar trebui construite pentru a satisface cererea suplimentară?
Răspuns:
Trebuie să produceți încă 365 GW de putere.
365 GW = 365.000 MW = 365 x 1000 MW, deci trebuie să construiți 365 centrale electrice /

(c) (1 pct.) Dacă această dublare s-ar întâmpla între 1999 și 2020, câte centrale de 1000 MW ar trebui să construiască pe lună?
Răspuns:
365 centrale electrice/21 ani x 1 an/12 luni = 1,4 centrale electrice/lună

(d) Dacă toate aceste centrale ar fi alimentate cu combustibili fosili, cât ar trebui să crească consumul de energie a combustibililor fosili, în patru/an, de la valoarea sa din 1999 pentru a dubla producția de energie electrică? Să presupunem că eficiența medie este de 35%. Comparați acest lucru cu consumul total de energie a combustibililor fosili de 81,6 quad-uri în 1999.

Răspuns:
Vom produce un plus de 3,2 trilioane kWh/an = 3,2 trilioane kWh/an x ​​3,412 mii Btu/kWh = 10,9 mii trilioane Btu/an = 10,9 quads/an.
Avem o eficiență de 35%
0,35 x consum de energie combustibil fosil = putere electrică = 10,9 quads
Rezolvați pentru aportul de energie a combustibililor fosili = 31 quads.
Aceasta reprezintă o fracțiune substanțială (mai mult de o treime) din consumul total de energie combustibil fosil și ar avea un impact semnificativ asupra pieței și asupra producției de dioxid de carbon.

(e) Căutați pe internet un articol care descrie construirea de noi centrale electrice, fie în SUA, fie în străinătate. Adăugați puterea suplimentară totală, în GW, care va fi furnizată de centralele descrise. Atașați o copie a articolului cu puterea centralelor electrice subliniată sau încercuită.

Informatii utile
1 kg = 2,2 lbs
1600 m = 1 milă
1 calorie = 4.184 J
1 m = 3,28 ft
g = 9,8 m/s2
1 Btu = 1055 J
Căldura de fuziune a apei = 140 Btu/lb; căldura de vaporizare a apei = 970 Btu/lb
1 kWh = 3412 Btu
1 quad = 10 15 Btu