Question

11．高压锅是家庭厨房中常见的炊具，利用它可以将食物加热到100℃以上，它省时高效，深受消费者欢迎．限压安全阀下出气孔横截面积为20mm²，当锅内食物温度维持在最高温度115℃时，（锅外大气压按1.0×10⁵Pa计算）
（1）锅内食物温度维持在最高温度时，锅内的大气压为多少pa？
（2）锅内大气压（最高温度时）对限压安全阀下出气孔的向上压力F₁是多少？锅外大气压对限压安全阀下出气孔的向下的压力F₂是多少？
（3）限压安全阀设计重多少？

Answer 1

分析 （1）高压锅是根据液体沸点与气压的关系设计工作的；根据图象可以判断锅内大气压的大小；
（2）已知锅内大气压（最高温度时），由F=ps计算出限压安全阀下出气孔的向上压力F₁；已知大气压，根据F=ps计算锅外大气压对限压安全阀下出气孔的向下的压力F₂；
（3）根据力的平衡，锅内大气压产生的压力F₁=限压阀的重力G+锅外大气压产生的压力F₂，计算出限压阀的重力．

解答 解：（1）从图象中可以看出，当锅内食物温度维持在最高温度时，锅内的大气压为1.8×10⁵pa；
（2）由p=$\frac{F}{S}$得，
锅内大气压（最高温度时）对限压安全阀下出气孔的向上压力：
F₁=p₁S=1.8×10⁵pa×20×10^-6m²=3.6N；
锅外大气压对限压安全阀下出气孔的向下的压力：
F₂=p₂S=10⁵pa×20×10^-6m²=2N；
（3）G_阀=F₁-F₂=3.6N-2N=1.6N．
答：（1）锅内食物温度维持在最高温度时，锅内的大气压为1.8×10⁵pa；
（2）锅内大气压（最高温度时）对限压安全阀下出气孔的向上压力F₁是3.6N；锅外大气压对限压安全阀下出气孔的向下的压力F₂是2N；
（3）限压安全阀设计重是1.6N．

点评 此题涉及到大气压的综合应用，压强大小计算等知识点，计算时还要注意统一使用国际单位制单位．