19. 图甲是一款多功能电煮锅,图乙为该电煮锅简化电路图。开关$S_2$可以断开、接A或接B,$R_1$和$R_2$都是用于加热的纯电阻,电煮锅的部分参数如表所示($R_1$和$R_2$的电阻值不随温度变化而变化)。

(1)电煮锅处于中温挡正常工作时,求电路中的电流大小。
(2)求$R_1$、$R_2$的阻值。
(3)在某次用电高峰期,利用高温挡将质量为3 kg的汤汁由$20° C$加热至$100° C$,所用时间为600 s。已知电煮锅的热效率为80%,汤汁的比热容为$c_{汤}=4×10^3 J/(kg·° C)$,求此次工作高温挡的实际功率。

(1)电煮锅处于中温挡正常工作时,求电路中的电流大小。
(2)求$R_1$、$R_2$的阻值。
(3)在某次用电高峰期,利用高温挡将质量为3 kg的汤汁由$20° C$加热至$100° C$,所用时间为600 s。已知电煮锅的热效率为80%,汤汁的比热容为$c_{汤}=4×10^3 J/(kg·° C)$,求此次工作高温挡的实际功率。
答案
解:
(1) 由$P=UI$可得,电煮锅处于中温挡正常工作时电路中的电流:
$I_{中}=\frac{P_{中}}{U}=\frac{1100\ \mathrm{W}}{220\ \mathrm{V}}=5\ \mathrm{A}$
(2) 由电路结构和功率参数可知:中温挡时只有$R_1$接入电路,根据$P=\frac{U^2}{R}$得:
$R_1=\frac{U^2}{P_{中}}=\frac{(220\ \mathrm{V})^2}{1100\ \mathrm{W}}=44\ \Omega$
低温挡时$R_1$、$R_2$串联,电路总电阻:
$R_{总}=\frac{U^2}{P_{低}}=\frac{(220\ \mathrm{V})^2}{550\ \mathrm{W}}=88\ \Omega$
则$R_2=R_{总}-R_1=88\ \Omega -44\ \Omega=44\ \Omega$
(3) 汤汁吸收的热量:
$Q_{吸}=c_{汤}m\Delta t=4×10^3\ \mathrm{J}/(\mathrm{kg}·°\mathrm{C})×3\ \mathrm{kg}×(100°\mathrm{C}-20°\mathrm{C})=9.6×10^5\ \mathrm{J}$
由热效率公式$\eta=\frac{Q_{吸}}{W}$得,高温挡实际消耗的电能:
$W=\frac{Q_{吸}}{\eta}=\frac{9.6×10^5\ \mathrm{J}}{80\%}=1.2×10^6\ \mathrm{J}$
此次工作高温挡的实际功率:
$P_{实}=\frac{W}{t}=\frac{1.2×10^6\ \mathrm{J}}{600\ \mathrm{s}}=2000\ \mathrm{W}$
答:(1) 中温挡正常工作时电路电流为5A;(2) $R_1$的阻值为$44\ \Omega$,$R_2$的阻值为$44\ \Omega$;(3) 此次高温挡的实际功率为2000W。
(1) 由$P=UI$可得,电煮锅处于中温挡正常工作时电路中的电流:
$I_{中}=\frac{P_{中}}{U}=\frac{1100\ \mathrm{W}}{220\ \mathrm{V}}=5\ \mathrm{A}$
(2) 由电路结构和功率参数可知:中温挡时只有$R_1$接入电路,根据$P=\frac{U^2}{R}$得:
$R_1=\frac{U^2}{P_{中}}=\frac{(220\ \mathrm{V})^2}{1100\ \mathrm{W}}=44\ \Omega$
低温挡时$R_1$、$R_2$串联,电路总电阻:
$R_{总}=\frac{U^2}{P_{低}}=\frac{(220\ \mathrm{V})^2}{550\ \mathrm{W}}=88\ \Omega$
则$R_2=R_{总}-R_1=88\ \Omega -44\ \Omega=44\ \Omega$
(3) 汤汁吸收的热量:
$Q_{吸}=c_{汤}m\Delta t=4×10^3\ \mathrm{J}/(\mathrm{kg}·°\mathrm{C})×3\ \mathrm{kg}×(100°\mathrm{C}-20°\mathrm{C})=9.6×10^5\ \mathrm{J}$
由热效率公式$\eta=\frac{Q_{吸}}{W}$得,高温挡实际消耗的电能:
$W=\frac{Q_{吸}}{\eta}=\frac{9.6×10^5\ \mathrm{J}}{80\%}=1.2×10^6\ \mathrm{J}$
此次工作高温挡的实际功率:
$P_{实}=\frac{W}{t}=\frac{1.2×10^6\ \mathrm{J}}{600\ \mathrm{s}}=2000\ \mathrm{W}$
答:(1) 中温挡正常工作时电路电流为5A;(2) $R_1$的阻值为$44\ \Omega$,$R_2$的阻值为$44\ \Omega$;(3) 此次高温挡的实际功率为2000W。
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