Question

1．张老师家有一台TL-SLR-16温热型饮水机，如图是饮水机简化电路的示意图，下表是饮水机的铭牌．S₁是电源开关，S₂是用感温材料制造的温控开关，L₁、L₂是功率相同，发光颜色不同的指示灯，每盏标示为“220V，11W“的字样．将该饮水机接入正常的家庭电路中，电源开关S₁闭合后，当水的温度低于85℃时，S₂闭合；饮水机处于加热状态．当水的温度达到85℃时，S₂将自动断开，饮水机处于保温状态．试问：

电源	220V	环境温度	2～40
制热功率	550W	制热水能力	≥5L/h
电源连接方式	Y	防水等级	IPX3

（1）当L₁发光时，饮水机是处于加热状态还是保温状态？并简述依据．
（2）当饮水机处于加热状态时，干路中的电流是多大？
（3）当饮水机处于加热状态时将热水罐中0.8kg、25℃的水加热到85℃时，需要多少min？[假设电热丝产生的热量全部被水吸收，c_水=4.2×10³J/（kg•℃）]．

Answer 1

分析 （1）由电路图知，当L₁发光（开关S₂断开）时，电热丝与L₂并联后与L₁串联，此时电热丝两端电压低于电源电压；当L₁不发光（开关S₂闭合，被短路），电热丝两端电压等于电源电压．利用P=$\frac{{U}^{2}}{R}$确定电路工作状态；
（2）在上面的基础上得到加热状态的连接关系，结合电路特点和欧姆定律得到干路电流；
（3）已知水的比热容、质量、初温度和末温度，可以得到水吸收的热量；已知水吸收的热量和加热功率，可以得到加热时间．

解答 解：
（1）当L₁发光（开关S₂断开）时，电热丝与L₂并联后与L₁串联，此时U_实＜220V；
当L₁不发光（开关S₂闭合，被短路），此时U_实=U=220V．
由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$知，电热丝阻值R一定，当L₁发光时，电热丝功率较小，为保温状态；
L₁不发光时为加热状态；
（2）在加热状态下，
因为P=UI，
所以通过电热丝的电流为I_R=$\frac{{P}_{R}}{U}$=$\frac{550W}{220V}$=2.5A，
通过L₂的电流为I₂=$\frac{{P}_{2}}{U}$=$\frac{11W}{220V}$=0.05A，
所以干路电流为I=I_R+I₂=2.5A+0.05A=2.55A；
（3）水吸收的热量为Q=cm△t=4.2×10³J/（kg•℃）]×0.8kg×（85℃-25℃）=2.016×10⁵J；
因为P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Q}{t}$，
所以加热时间为t=$\frac{Q}{{P}_{R}}$=$\frac{2.016×1{0}^{5}J}{550W}$≈367s≈6min．
答：
（1）L₁发光时，饮水机处于保温状态；
（2）干路电流为2.55A；
（3）需要加热时间约6min．

点评 此题是一道电、热综合题，也是联系实际生活的应用题，掌握电功率有关公式，正确判断电路连接关系，是解答此题的第一步．