Question

某家用电热水器，其工作模式和相关参数如下表。如图为电热水器的原理图，包括工作电路和控制电路两部分，通过电磁继电器自动控制电热水器实现加热状态和保温状态的档位变换。R₀、R₁为电热丝，R₂为滑动变阻器，R为热敏电阻（置于电热水器内），其阻值随温度的升高而减小。红灯、绿灯是电热水器工作时的指示灯，忽略指示灯对电路的影响。

型号	LWI.Z20-19
电源	AD220V  50Hz
加热功率	800W
保温功率	40W
水容量	1.0L

（1）分析说明当绿灯亮时，电热水器处于保温状态还是加热状态？

（2）工作时，若要提高电热水器的保温温度，如何调节保护电阻R₂的滑片？

（3）R₁工作时的电阻是多大？

（4）电热水器处于加热状态时，工作4.2min，可使1L水的温度升高40℃。则该电热水器的效率是多少？[。计算结果保留一位小数]

Answer

（1）保温状态；（2）滑片P向b端适当移动；（3）1149.5Ω；（4）83.3%

【解析】

（1）．绿灯亮时，工作电路中R0和R1串联，电路的总电阻最大，由可知，电路消耗的电功率最小，电热水器处于保温状态；

（2）．当温度升高时，由热敏电阻R的阻值随温度的升高而减小可知，R的阻值减小，控制电路的总电阻减小，电磁铁的磁性变强，衔铁与下触点接触，电热水器处于保温状态，所以，要提高电热水器的保温温度，就应减小控制电路的电流，增大滑动变阻器接入电路中的电阻，即滑片b端移动；

（3）．红灯亮时，工作电路为R0的简单电路，电路的总电阻最小，总功率最大，电热水器处于加热状态，R0的阻值：

R0==60.5Ω，

当绿灯亮时，工作电路中R0和R1串联，电热水器的功率最小，处于保温状态，此时电路的总电阻：

R==1210Ω，

因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以，R1工作时的电阻：

R1=R-R0=1210Ω-60.5Ω=1149.5Ω；

（4）．水的体积：V=1L=1dm3=0.001m3，

水的质量：

m=ρV=1.0×103kg/m3×0.001m3=1kg，

水吸收的热量：

Q吸=c水mΔt=4.2×103J/（kg•℃）×1kg×40℃=1.68×105J，

消耗的电能：

W=P加热t=800W×4.2×60s=2.016×105J，

该电热水器的效率：

η=≈83.3%。

答：（1）．当绿灯亮时，电热水器处于保温状态；

（2）．工作时若要提高电热水器的保温温度，保护电阻R2的滑片向b端移动；

（3）．R1工作时的电阻是1149.5Ω；

（4）．该电热水器的效率是83.3%。