小明家电热水器的简化电路图如图所示,S1是手动开关,置于热水器水箱外部;S2是温控开关,置于热水器水箱内部.当...
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小明家电热水器的简化电路图如图所示,S1是手动开关,置于热水器水箱外部;S2是温控开关,置于热水器水箱内部.当水温低于40 ℃时自动闭合,达到40 ℃时自动断开;R1和R2均为用来加热且阻值不变的电热丝.使用时,手动闭合开关S1,电热水器开始工作.电热水器部分参数如表所示:
额定电压 | 220 V |
频率 | 50 Hz |
保温功率 | 220 W |
加热功率 | 1 980 W |
水箱容量 | 50 L |
设定温度 | 40 ℃ |
(1)电热丝R1的阻值是多少?
(2)加热时流过电热丝R2的电流是多少?
(3)假设将初温为20 ℃的一满箱水加热至设定温度用了50 min,则电热水器的效率是多少?[水的比热容为4.2×103 J/(kg· ℃),ρ水=1.0×103 kg/m3]
【回答】
(1)当只有S1闭合时,R1单独工作,用电器处于保温状态,
由P=变形得R1===220 Ω;
(2)当两开关都处于闭合状态时,两电阻并联,处于加热状态,
R2的功率为P2=P-P1=1 980 W-220 W=1 760 W,
由P=UI可得通过电热丝R2的电流是I2===8 A;
(3)由ρ=变形得m=ρV=1.0×103 kg/m3×50×10-3 m3=50 kg,
水吸收的热量为Q=cmΔt=4.2×103 J/(kg·℃)×50 kg×(40 ℃-20 ℃)=4.2×106 J,
由P=变形可得消耗的电能为W=Pt=1 980 W×50×60 s=5.94×106 J,
热水器的效率为η=×100%=×100%≈70.7%.
知识点:焦耳定律
题型:计算题
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