如图1所示的陶瓷电热水壶使用了PTC新型的半导体陶瓷材料,它的发热效率较高,PTC有一个人为设定的温度。当它的温度低于设定温度时,其电阻值会随它的温度升高而变小;当它的温度高于
如图1所示的陶瓷电热水壶使用了PTC新型的半导体陶瓷材料,它的发热效率较高,PTC有一个人为设定的温度。当它的温度低于设定温度时,其电阻值会随它的温度升高而变小;当它的温度高于设定温度时,其电阻值随它的温度升高而变大。它的工作电路如图2所示,R是定值电阻,其阻值不受温度的影响。RT是PTC的电阻,它的电阻值与温度的关系如图3所示。该电热水壶在RT设定温度状态工作时,电路消耗的总功率1100W。
(1)R0的阻值为多少?
(2)当RT的温度为130℃时,电路中RT的实际功率为多少?
(3)若用该热水壶烧水的热效率为80%,要把一标准大气压下质量为0.5kg、初温为20℃的水烧开,消耗的电能是多少?
(1)当在设定温度状态工作时,连入电路的电阻RT=34Ω,R、RT串联
由电路总电阻R总==
=44Ω,
R0的阻值:R0=R总-RT=44Ω-34Ω=10Ω
(2)当RT的温度为130℃时,由图象可知,此时RT的阻值为100Ω,
电路中的总电阻:R'总=R+R'T=10Ω+100Ω=110Ω,
电路中的电流:,
RT两端的电压:U'=I'×R'T=2A×100Ω=200V,
RT的实际功率:P'=U'I'=200V×2A=400W。
(3)水吸收的热量:Q吸=cm(t-t0)=4.2×103J/(kg·℃)×0.5kg×(100℃-20℃)=1.68×105J。
由电热壶的效率η=可知:W=Q吸/η=1.68×105J/80%=2.1×105J
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