14. 如图甲所示是一款超市用的透明玻璃门展示冰柜,其具有制冷和加热防雾两种功能,内部电路如图乙所示,内部温度高时,温控开关$ S_1 $自动闭合,冰柜内部额定功率为 220 W 的制冷压缩机开始制冷,达到预定低温时$,S_1 $自动断开停止工作；为防止柜内水蒸气变冷时凝结在玻璃内表面上影响视线,可以只闭合防雾开关$ S_2,$使冰柜玻璃门夹层中额定功率为 100 W 的电热丝正常加热。请回答下列问题：
(1)透明玻璃门展示冰柜在制冷时,电能主要转化为_________能。
(2)其中防雾电热丝的电阻为多少？
(3)该冰柜玻璃门的质量是 5 kg,若热效率是 70%,电热丝正常工作使玻璃门升高 4 ℃,至少需要多长时间？[玻璃的比热容为$ 0.84×10^3 J/(kg·℃)]$
(4)冰柜的电热丝与电动制冷压缩机一天累计分别正常工作 3 h,一月按 30 天计算,总共消耗多少千瓦时的电能？

(1)机械
(2)由题意可知,只闭合防雾开关$S_{2}$,电热丝$R$正常工作。
由$P=\dfrac{U^{2}}{R}$可知,防雾电热丝的电阻:
$R=\dfrac{U^{2}}{P_{电热丝}}=\dfrac{(220\ V)^{2}}{100\ W}=484\ \Omega$
(3)玻璃门吸收的热量:
$Q_{吸}=cm \Delta t=0.84 × 10^{3}\ J/(kg\cdot\ ^{\circ}C) × 5\ kg × 4\ ^{\circ}C=1.68 × 10^{4}\ J$
由$\eta=\dfrac{Q_{吸}}{W} × 100\%$可知,电热丝消耗的电能:
$W=\dfrac{Q_{吸}}{\eta}=\dfrac{1.68 × 10^{4}\ J}{70\%}=2.4 × 10^{4}\ J$
由$P=\dfrac{W}{t}$可知,电热丝加热的时间:$t=\dfrac{W}{P}=\dfrac{2.4 × 10^{4}\ J}{100\ W}=240\ s$
(4)冰柜的电热丝与电动制冷压缩机的总功率:
$P_{总}=P_{压缩机}+P_{电热丝}=220\ W+100\ W=320\ W=0.32\ kW$
一个月消耗的总电能:$W'=P_{总}t'=0.32\ kW × 30 × 3\ h=28.8\ kW\cdot\ h$

15. 图甲是某款即热式电热水龙头,图乙是它的原理电路图,电热丝$ R_1 $的阻值为 22 Ω 且保持不变$,R_2 $为滑动变阻器,其最大阻值为 18 Ω(不考虑$ R_2 $的发热情况),旋转手柄带动滑动变阻器$ R_2 $的滑片,调节电热丝$ R_1 $的发热功率,实现水温变化。[c₍水$₎ = 4.2×10^3 J/(kg·℃)]$求：
(1)当滑动变阻器的滑片置于最右端时,电路中的电流。
(2)水龙头工作时发热的最大功率。
(3)当电路中的发热功率达到最大时,如果进水口的水温是 20 ℃,水龙头 1 min 流出 50 ℃的热水 1 kg,此时水龙头的加热效率。(计算结果百分号前数字保留一位小数)

(1)当滑动变阻器的滑片置于最右端时,$R_{2}$接入电路中的阻值最大,此时电路中的电流是:$I=\dfrac{U}{R_{1}+R_{2}}=\dfrac{220\ V}{22\ \Omega+18\ \Omega}=5.5\ A$
(2)由图乙可知,当滑动变阻器的滑片置于最左端时,只有$R_{1}$工作,此时电路中的最大电流:$I'=\dfrac{U}{R_{1}}=\dfrac{220\ V}{22\ \Omega}=10\ A$
水龙头工作时的最大功率:$P_{大}=I'^{2}R_{1}=(10\ A)^{2} × 22\ \Omega=2200\ W$
(3)水龙头1 min流出的水吸收的热量:$Q_{吸}=c_{水}m(t-t_{0})=4.2 × 10^{3}\ J/(kg\cdot\ ^{\circ}C) × 1\ kg × (50\ ^{\circ}C-20\ ^{\circ}C)=1.26 × 10^{5}\ J$
水龙头消耗的电能:$W=P_{大}t'=2200\ W × 1 × 60\ s=1.32 × 10^{5}\ J$
水龙头的加热效率:$\eta=\dfrac{Q_{吸}}{W} × 100\%=\dfrac{1.26 × 10^{5}\ J}{1.32 × 10^{5}\ J} × 100\% \approx 95.5\%$