问题详情:
如图是一款即热式电热饮水机的原理示意图,它可以设定不同的出水温度,R是加热电阻丝,其规格为“220V 1600W”;控制电路中的直流电源变换器能将220V交流电转换成6V的直流电,Rt是热敏电阻,其阻值与温度的关系式为Rt=10+0.5t(式中Rt单位是Ω,t的单位是℃).电磁铁线圈电阻为10Ω,R0是滑动变阻器,当电磁继电器线圈中的电流小于等于20mA时,衔铁片会*起,触点分离,热水器停止加热.
(1)请根据要求将加热电阻丝R连入电路.
(2)加热电阻丝R的阻值有多大?
(3)该热水器把体积为150mL,初温为20℃的水加热到100℃,只需35s,则该热水器的加热效率是多少?
(4)如果初温为20℃的150mL水加热到80℃,则滑动变阻器的阻值要调到多大?
【回答】
【考点】电功与热量的综合计算;串、并联电路的设计;欧姆定律的应用.
【分析】(1)电磁继电器相当于开关,连接时开关应控制火线,然后把电热丝接入电路中;
(2)知道加热电阻的额定电压和额定功率,根据P=求出加热电阻丝R的阻值;
(3)知道水的体积,根据m=ρV求出水的质量,又知道水的初温、末温和比热容,根据Q吸=cm(t﹣t0)求出水吸收的热量,根据W=Pt求出消耗的电能,利用η=×100%求出该热水器的加热效率;
(4)根据Rt=10+0.5t求出水加热到80℃时Rt的阻值,根据欧姆定律求出电路中的电流为20mA时电路中的总电阻,利用电阻的串联求出滑动变阻器调节到的阻值.
【解答】解:(1)电磁继电器的触电与火线相连,如下图所示:
(2)由P=可得,加热电阻丝R的阻值:
R===30.25Ω;
(3)热水器的体积V=150mL=150cm3,
由ρ=可得,水的体积:
m=ρV=1.0g/cm3×150cm3=150g=0.15kg,
水吸收的热量:
Q吸=cm(t﹣t0)=4.2×103J/(kg•℃)×0.15kg×=5.04×104J,
由P=可得,消耗的电能:
W=PRt′=1600W×35s=5.6×104J,
该热水器的加热效率:
η=×100%=×100%=90%;
(4)由Rt=10+0.5t可得,水加热到80℃时,热敏电阻的阻值Rt=50Ω,
由I=可得,电路中的电流为20mA时电路中的总电阻:
R总===300Ω,
因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,
所以,滑动变阻器调节到的阻值:
R0=R总﹣R线圈﹣Rt=300Ω﹣10Ω﹣50Ω=240Ω.
答:(1)如上图所示;
(2)加热电阻丝R的阻值为30.25Ω;
(3)该热水器的加热效率是90%;
(4)如果初温为20℃的150mL水加热到80℃,则滑动变阻器的阻值要调到240Ω.
知识点:焦耳定律
题型:计算题