Question

如图1为小颖同学设计的电热水器的原理图，该电热水器具有加热、保温功能．图1中电磁继电器（线圈电阻不计）、热敏电阻R、保护电阻R、电压恒为6V的电源U₁、导线等组成控制电路．当电磁铁线圈中的电流I＜10mA时，继电器上方触点和触点c接通；当电磁铁线圈中的电流I≥10mA时，电磁铁的衔铁被吸下，继电器下方触点和触点a、b接通．热敏电阻中允许通过的最大电流I=15mA，其电阻R随温度变化的规律如图2，热敏电阻和加热电路中的三只电阻R₁、R₂、R₃均置于储水箱中．已知R₁=33Ω、R₂=66Ω、R₃=154Ω、U₂=220V．
（1）衔铁被吸下时，加热电路的总电阻是多大？
（2）保温状态下，若加热电路的发热功率等于热水器散热功率的80%，求10分钟内热水器散失的热量；
（3）为使控制电路正常工作，保护电阻R的阻值至少为多大？若R为该值，衔铁刚好被吸下时储水箱中水温是多少？

Answer

由电路图知：衔铁被吸下，继电器下方触点和触点a、b接通时，加热电路中电阻最小，由P=可知电路功率最大，处于加热状态；当继电器上方触点和触点c接通时，加热电路电阻较大，由P=可知电路功率较小，电路处于保温状态；
（1）衔铁被吸下时，电阻R1与R2并联，由并联电路特点可以求出加热电路的总电阻；
（2）先由功率公式P=求出加热电路在保温状态下10min内电路产生的热量，然后根据题意求出热水器散失的热量；
（3）由热敏电阻的R-t图象找出热敏电阻的最小阻值，此时电路电流最大，根据电路的最大电流求出控制电路保护电阻R的最小阻值，这是控制电路正常工作的最小阻值；求出衔铁刚好被吸下时热敏电阻的阻值，然后由图象找出该阻值对应的温度，这就是储水箱中水的温度．
【解析】
（1）由电路图知：衔铁被吸下时，R1、R2并联，
由并联电路的特点知：
电路总电阻R===22Ω；
答：衔铁被吸下时，加热电路的总电阻是22Ω．
（2）由电路图知，保温状态下：R2、R3串联，
10min加热电路产生的热量
=×600s=1.32×105J，
10分钟内热水器散失的热量
==1.65×105J；
答：10分钟内热水器散失的热量是1.65×105J．
（3）由图2可知，热敏电阻的最小值是R=200Ω，
当R最小，控制电路中的电流不超过最大值时，保护电阻R阻值最小，
由得：保护电阻R的最小值R=-R=-200Ω=200Ω，
由题意知，衔铁刚好被吸下时，电路电流I=10mA=0.01A，
此时电流总电阻R总===600Ω，
此时热敏电阻R=R总-R=600Ω-200Ω=400Ω，
由图2可知，此时水温为为60℃．
答：保护电阻R的阻值至少为200Ω，
衔铁刚好被吸下时储水箱中水温是60℃．