Question

13．如圖是某飲水器的原理圖．飲水器的容器內(nèi)有密封絕緣的電熱絲R₁和熱敏電阻R_x，只要水面到達(dá)如圖所示的位置，接觸開關(guān)S₁就會導(dǎo)通，繼電器開關(guān)S₂的作用是當(dāng)飲水器內(nèi)的水加熱至沸騰后能自動切斷加熱電路．
（1）已知電熱絲R₁的阻值為12.1Ω，求飲水器的正常加熱功率．
（2）為了使繼電器開關(guān)S₂在飲水器內(nèi)的水加熱至沸騰后能自動切斷加熱電路，R_x必須選用阻值隨溫度升高而變大的熱敏電阻．若想降低飲水器加熱的最高溫度，可將滑動變阻器R₂的滑片向右調(diào)節(jié)．
（3）已知該飲水器容積為10L，當(dāng)只有飲水器接入電路中時，它將水從20℃加熱到100℃用時16min，同時通過電能表觀察到飲水器消耗了1kW•h的電能．試求該飲水器加熱過程中的熱效率．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)P=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出飲水器的正常加熱功率．
（2）如果希望水溫水加熱至沸騰后能自動切斷加熱電路時，根據(jù)電路的連接可知應(yīng)使繼電器開關(guān)S₂斷開，即電磁鐵的磁性應(yīng)減弱，根據(jù)影響電磁鐵的磁性的因素可知控制電路中電流的變化：即可根據(jù)歐姆定律判斷出此時熱敏電阻阻值變大，由此可判斷熱敏電阻R_x阻值與溫度的變化情況．
若想降低飲水器加熱的最高溫度，根據(jù)控制電路中電流的變化即可判斷滑動變阻器R₂的阻值的變化．
（3）求出水的質(zhì)量，已知水的初溫和末溫、水的比熱容，利用吸熱公式求水吸收的熱量；
知道實際消耗的電能，利用η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$求電磁爐效率．

解答 解：（1）飲水器的正常加熱功率P=$\frac{{U}^{2}}{R}$=$\frac{（{220V）}^{2}}{12.1Ω}$=4000W．
（2）如果希望水溫水加熱至沸騰后能自動切斷加熱電路，即水沸騰時，使繼電器開關(guān)S₂斷開，停止加熱，則使繼電器開關(guān)S₂斷開，應(yīng)減弱電磁鐵的磁性，根據(jù)影響電磁鐵的磁性的因素可知應(yīng)減小控制電路中電流，
根據(jù)歐姆定律可知此時熱敏電阻阻值變大，所以熱敏電阻R_x阻值應(yīng)隨溫度升高而變大．
若想降低飲水器加熱的最高溫度，即控制電路中在飲水器里水的溫度較低時，就達(dá)到使繼電器開關(guān)S₂斷開，停止加熱的目的；
由于使繼電器開關(guān)S₂斷開的最小電流時一定的，則為了使控制電路中的總阻值提前達(dá)到S₂斷開的最小電流熱應(yīng)增大滑動變阻器R₂的阻值，即的滑片向右調(diào)節(jié)．
（3）已知水的體積V=10L=0.01m³，
由ρ=$\frac{m}{V}$得：水的質(zhì)量為m=ρV=1×10³kg/×0.01m³=10kg，
水吸收的熱量：
Q_吸=c_水m△t=4.2×10³J/（kg•℃）×10kg×（100℃-20℃）=3.36×10⁶J；
則效率η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$×100%=$\frac{3.36×1{0}^{6}J}{1×3.6×1{0}^{6}J}$×100%≈93.3%．
答：（1）飲水器的正常加熱功率4000W．
（2）變大；右．
（3）該飲水器加熱過程中的熱效率93.3%．

點評 本題為電功率和熱量的綜合計算，考查了熱量的計算、電能的計算、實際功率的計算，難點是繼電器電路的工作分析，主要是知道控制電路與工作電路的關(guān)系．