如图是某校园净化饮水器的电路原理图．容器内有电热丝R1和热敏电阻Rx，只要水面到达如图所示的位置，接触开关S1就会导通．继电器开关S2的作用是当饮水器内的水加热至沸腾后能自动切

Question

如图是某校园净化饮水器的电路原理图．容器内有电热丝R₁和热敏电阻R_x，只要水面到达如图所示的位置，接触开关S₁就会导通．继电器开关S₂的作用是当饮水器内的水加热至沸腾后能自动切断加热电路．

（1）已知电热丝R₁的阻值为12.1Ω，求饮水器的正常加热功率．
（2）为了使继电器开关S₂在饮水器内的水加热至沸腾后能自动切断加热电路，R_x的阻值随温度的变化应有何特点？试作出简单的说明．
（3）已知该饮水器装有9kg的水，当只有饮水器接入电路中时，它将水从20℃加热到100℃用时14min．试求该饮水器加热过程中的热效率．

Answer 1

（1）饮水器的正常加热功率：
P=(U2)/(R1)=((220V)2)/(12.1Ω)=4000W；
（2）如果将水加热至沸腾后自动切断加热电路，即水沸腾时，使继电器开关S₂断开，停止加热，
则使继电器开关S₂断开，应减弱电磁铁的磁性，
根据影响电磁铁的磁性的因素可知应减小控制电路中电流，
由I=(U)/(R)可知，此时热敏电阻阻值变大，
所以，热敏电阻R_x阻值应随温度升高而变大．
（3）水吸收的热量：
Q_吸=cm（t-t₀）
=4.2×10³J/（kg•℃）×9kg×（100℃-20℃）
=3.024×10⁶J，
由P=(W)/(t)可知，消耗的电能：
W=Pt=4000W×14×60s=3.36×10⁶J，
该饮水器加热过程中的热效率：
η=(Q吸)/(W)×100%=(3.024×106J)/(3.36×106J)×100%=90%．
答：（1）饮水器的正常加热功率4000W；
（2）水沸腾时，使继电器开关S₂断开，停止加热，则使继电器开关S₂断开，应减弱电磁铁的磁性，根据影响电磁铁的磁性的因素可知应减小控制电路中电流，由I=(U)/(R)可知，此时热敏电阻阻值变大，所以热敏电阻R_x阻值应随温度升高而变大；
（3）该饮水器加热过程中的热效率90%．