Question

李佳同学家里的电热饮水机有加热和保温两种状态，这两种状态轮流工作，完全由温控开关S自动控制：当胆内水的温度被加热到90℃时，加热状态就停止而进入保温状态；当胆内水的温度降到60℃时，加热状态就启动．李佳同学通过观察还发现：当胆内装有1kg的水时，饮水机的加热状态每次只启动5min就停止．问：
（1）请画出电热饮水机的工作原理图，R₁=1210Ω，R₂=100Ω．
（2）温控开关S在什么状态（断开或闭合）时，饮水机处于保温状态？这时饮水机的电功率是多少？
（3）在加热状态中，饮水机把电能转化为水的内能的效率是多少？
（4）李佳觉得这种电热饮水机总是处于加热和保温两种状态轮流工作很浪费电能，请你就此现象提出节能措施．

Answer

（1）由P=可知，在电压U一定时，电阻R大，电功率越小，因此电热饮水机处于保温状态时，
大电阻接入电路，可以让两电阻并联，温控开关与阻值较小的R2串联，据此设计电路．
（2）根据电路图及电功率公式分析答题；由电功率公式求出保温时的功率．
（3）求出水吸收的热量，求出加热状态时电热饮水机产生的热量，然后由效率公式求出电热饮水机的效率．
（4）加热完毕关闭开关，可以节约电能，避免浪费．
【解析】
（1）由P=可知，在电压U一定时，电阻R大，电功率越小，因此电热饮水机处于保温状态时，因此饮水机处于保温状态时，电阻R2接入电路，处于加热状态时，两电阻可以并联接入电路，电路图如图所示．
（2）由电路图可知，温控开关S断开时，只有电阻R1接入电路，此时饮水机功率小，饮水机处于保温状态；饮水机的功率：P保温===40W；
（3）加热时，水吸收的热量：
Q=cm△t=4.2×103J/（kg•℃）×1kg×（90℃-60℃）=1.26×105J，
饮水机消耗的电能W=Pt=（+）t=（+）×300s=1.572×105J，
饮水机的效率η=×100%=×100%≈80%；
（4）为了避免反复加热而浪费能量，可以在加热结束后关闭饮水机电源．
答：（1）电路图如图所示．
（2）温控开关S在什么状态断开时，饮水机处于保温状态，此时功率是40W．
（3）饮水机加热时的效率是80%．
（4）为了避免反复加热而浪费能量，可以在加热结束后关闭饮水机电源．