小明家的高压锅锅体直径为24cm,排气孔内径为4mm。小明不慎丢失了锅的限压阀,当他到商店购买时售货员告诉他,生产这个锅的厂家提供的限压阀有两种,孔径相同,质量分别为100g和60g。
1.请你根据说明书给出的数据,通过计算说明,小明应该买哪一种限压阀。(说明书标有:当大气压为105Pa时,该锅最高温度为120℃。已知:水的沸点与压强的关系如图1所示,取g =10N/kg)
2.请你说明如果买另一种限压阀,使用时会出现什么问题。
析:
从图中可以看出,当水的沸点为120℃时,锅内气压为1.8×105Pa。当温度达120℃时,限压阀受力情况如下图所示:
其中,F为锅内气体对限压的压力,Fo为锅外大气对限压阀向下的压力,G为限压阀的重力。显然:
F=Fo+G 故:
S=πr2=π(d/2)2=3.14×(4/2)×10-6m2=1.256×10-3m2
G=F-Fo=(P-Po)S=(1.8×105Pa-1.0×105Pa)×1.256×10-3m2=1N
m=G/g=1N/(10N/kg)=0.1kg=100g
即应该选择100g限压阀,而如果选择另一种限压阀,则锅内水温无法达到120℃
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