Question

1．張老師家有一臺(tái)TL-SLR-16溫?zé)嵝惋嬎畽C(jī)，如圖是飲水機(jī)簡(jiǎn)化電路的示意圖，下表是飲水機(jī)的銘牌．S₁是電源開關(guān)，S₂是用感溫材料制造的溫控開關(guān)，L₁、L₂是功率相同，發(fā)光顏色不同的指示燈，每盞標(biāo)示為“220V，11W“的字樣．將該飲水機(jī)接入正常的家庭電路中，電源開關(guān)S₁閉合后，當(dāng)水的溫度低于85℃時(shí)，S₂閉合；飲水機(jī)處于加熱狀態(tài)．當(dāng)水的溫度達(dá)到85℃時(shí)，S₂將自動(dòng)斷開，飲水機(jī)處于保溫狀態(tài)．試問(wèn)：

電源	220V	環(huán)境溫度	2～40
制熱功率	550W	制熱水能力	≥5L/h
電源連接方式	Y	防水等級(jí)	IPX3

（1）當(dāng)L₁發(fā)光時(shí)，飲水機(jī)是處于加熱狀態(tài)還是保溫狀態(tài)？并簡(jiǎn)述依據(jù)．
（2）當(dāng)飲水機(jī)處于加熱狀態(tài)時(shí)，干路中的電流是多大？
（3）當(dāng)飲水機(jī)處于加熱狀態(tài)時(shí)將熱水罐中0.8kg、25℃的水加熱到85℃時(shí)，需要多少min？[假設(shè)電熱絲產(chǎn)生的熱量全部被水吸收，c_水=4.2×10³J/（kg•℃）]．

Answer 1

分析 （1）由電路圖知，當(dāng)L₁發(fā)光（開關(guān)S₂斷開）時(shí)，電熱絲與L₂并聯(lián)后與L₁串聯(lián)，此時(shí)電熱絲兩端電壓低于電源電壓；當(dāng)L₁不發(fā)光（開關(guān)S₂閉合，被短路），電熱絲兩端電壓等于電源電壓．利用P=$\frac{{U}^{2}}{R}$確定電路工作狀態(tài)；
（2）在上面的基礎(chǔ)上得到加熱狀態(tài)的連接關(guān)系，結(jié)合電路特點(diǎn)和歐姆定律得到干路電流；
（3）已知水的比熱容、質(zhì)量、初溫度和末溫度，可以得到水吸收的熱量；已知水吸收的熱量和加熱功率，可以得到加熱時(shí)間．

解答 解：
（1）當(dāng)L₁發(fā)光（開關(guān)S₂斷開）時(shí)，電熱絲與L₂并聯(lián)后與L₁串聯(lián)，此時(shí)U_實(shí)＜220V；
當(dāng)L₁不發(fā)光（開關(guān)S₂閉合，被短路），此時(shí)U_實(shí)=U=220V．
由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$知，電熱絲阻值R一定，當(dāng)L₁發(fā)光時(shí)，電熱絲功率較小，為保溫狀態(tài)；
L₁不發(fā)光時(shí)為加熱狀態(tài)；
（2）在加熱狀態(tài)下，
因?yàn)镻=UI，
所以通過(guò)電熱絲的電流為I_R=$\frac{{P}_{R}}{U}$=$\frac{550W}{220V}$=2.5A，
通過(guò)L₂的電流為I₂=$\frac{{P}_{2}}{U}$=$\frac{11W}{220V}$=0.05A，
所以干路電流為I=I_R+I₂=2.5A+0.05A=2.55A；
（3）水吸收的熱量為Q=cm△t=4.2×10³J/（kg•℃）]×0.8kg×（85℃-25℃）=2.016×10⁵J；
因?yàn)镻=$\frac{W}{t}$=$\frac{Q}{t}$，
所以加熱時(shí)間為t=$\frac{Q}{{P}_{R}}$=$\frac{2.016×1{0}^{5}J}{550W}$≈367s≈6min．
答：
（1）L₁發(fā)光時(shí)，飲水機(jī)處于保溫狀態(tài)；
（2）干路電流為2.55A；
（3）需要加熱時(shí)間約6min．

點(diǎn)評(píng) 此題是一道電、熱綜合題，也是聯(lián)系實(shí)際生活的應(yīng)用題，掌握電功率有關(guān)公式，正確判斷電路連接關(guān)系，是解答此題的第一步．