Question

張強同學家的高壓鍋蓋上標有“××鋁制品廠18cm壓力鍋”的字樣，他測得高壓鍋限壓閥的質量為70g，排氣孔的橫截面積約為10mm²．問這個高壓鍋工作時，其內部水蒸氣的最大壓強為多大？若鍋蓋面積為260cm²，則它所能承受的壓力至少多大才能保證安全？（設大氣壓P=10⁵Pa）

Answer 1

【答案】分析：①高壓鍋內部的壓強乘以排氣孔的橫截面積就是內部的蒸汽壓力，當蒸汽壓力等于限壓閥的重力與外部大氣壓力之和時，高壓鍋處于平衡狀態(tài)，據(jù)此即可求出高壓鍋內部水蒸氣的最大壓強．
②為了能保證安全，鍋蓋所需要承受的壓力應該等于鍋內的蒸汽壓力減去外部大氣壓力．
解答：解：①排氣孔的橫截面積為：S₁=10mm²=10^-5m²，
限壓閥的質量為：m=70g=0.07kg，
鍋內最大氣壓為：PS₁+mg=PS₁，
則P===1.7×10⁵Pa；
②鍋蓋面積為：S₂=260cm²=2.6×10^-2m²，
鍋蓋所承受的最小壓力為：
F=P?S₂-PS₂=1.7×10⁵Pa×2.6×10^-2m²-1.0×10⁵Pa×2.6×10^-2m²=1.82×10³N．
答：其內部水蒸氣的最大壓強為1.7×10⁵Pa；
它所能承受的壓力至少為1.82×10³N時才能保證安全．
點評：本題考查壓力鍋的工作原理以及壓力、壓強的計算，“當蒸汽壓力等于限壓閥的重量與外部大氣壓力和時的平衡狀態(tài)就是內部水蒸氣的最大壓強”，這是此題的突破點，計算時要注意統(tǒng)一使用國際單位制單位．