Question

16．如圖1為一款利用高溫水蒸氣熨燙衣服的便攜式掛燙機(jī)，它的正常工作電壓為220V，水箱裝水最多0.3kg，加熱功率有大小兩個(gè)檔位，設(shè)計(jì)師最初設(shè)計(jì)的內(nèi)部電路有如圖2甲、乙兩種接法，其中電熱絲R₁=56Ω，R₂=44Ω．

（1）高溫水蒸氣熨燙衣服時(shí)，水蒸氣遇到衣服迅速液化成小水珠，放出熱量，將衣服熨平（填物態(tài)變化名稱）；
（2）如果選擇甲電路，電路中最大電流為5A，如果選擇乙電路，電路中最大電流為8.9A，由于兩個(gè)電路中所選熔斷器里的熔絲允許通過(guò)的最大電流為8.2A，故設(shè)計(jì)師最終選擇了甲電路；（計(jì)算結(jié)果保留一位小數(shù)）
（3）請(qǐng)分別計(jì)算這款掛燙機(jī)兩個(gè)檔位的額定功率；
（4）若將水箱中0.22kg的水從25℃加熱到100℃，掛燙機(jī)至少需要加熱多長(zhǎng)時(shí)間？[水的比熱容c=4.2×10³J/（kg•℃）]．

Answer 1

分析 （1）水蒸氣遇冷會(huì)發(fā)生液化現(xiàn)象，液化會(huì)放出很多熱量．據(jù)此分析回答；
（2）根據(jù)所選檔位的電阻，根據(jù)歐姆定律I=$\frac{U}{R}$即可求出通過(guò)甲乙兩電路的最大電流；
（3）根據(jù)掛燙機(jī)兩個(gè)檔位，根據(jù)P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可求出兩個(gè)檔位的功率；
（4）計(jì)算蒸汽電熨斗預(yù)熱時(shí)底板吸收的熱量Q，已知初溫和末溫、比熱容、水的質(zhì)量，可以利用熱量的計(jì)算公式Q=cm△t計(jì)算；然后利用電功率定義式計(jì)算時(shí)間．

解答 解：（1）高溫水蒸氣熨燙衣服時(shí)，水蒸氣遇到衣服迅速，由氣態(tài)變成液態(tài)，是液化現(xiàn)象；水蒸氣液化時(shí)，要放出大量的熱，從而將衣服熨平；
（2）如果選擇甲電路，當(dāng)開(kāi)關(guān)旋至1、2之間時(shí)，電路中只有電阻R₂工作，此時(shí)的電路中的電流最大，
電流：I_大=$\frac{U}{{R}_{2}}$=$\frac{220V}{44Ω}$=5A；
如果選擇乙電路，當(dāng)開(kāi)關(guān)旋至1、2之間時(shí)，R₁、R₂并聯(lián)，電路中電流最大，
電流：I_大′=I₁+I₂=$\frac{U}{{R}_{1}}$+$\frac{U}{{R}_{2}}$=$\frac{220V}{56Ω}$+$\frac{220V}{44Ω}$=3.9A+5A=8.9A；
（3）掛燙機(jī)大功率擋工作時(shí)，電路中電流為5 A，此時(shí)功率
P₁=UI_大=220V×5A=1100W；
掛燙機(jī)小功率擋工作時(shí)，R1、R2串聯(lián)，此時(shí)功率
P₂=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{1}+{R}_{2}}$=$\frac{（220V）^{2}}{56Ω+44Ω}$=484W；
（4）水吸收的熱量：Q=cm（t-t₀）=4.2×10³J/（kg•℃）×0.22kg×（100℃-25℃）=6.93×10⁴J，
由P=$\frac{W}{t}$得，所需時(shí)間t=$\frac{W}{{P}_{1}}$=$\frac{6.93×1{0}^{4}J}{1100W}$=63s．
故答案為：（1）液化；（2）5；8.9；（3）兩個(gè)額定功率分別為1100W和484W；（4）將水箱中0.22kg的水從25℃加熱到100℃，掛燙機(jī)至少需要加熱63s．

點(diǎn)評(píng) 本題考查的知識(shí)點(diǎn)較多，包括：物態(tài)變化、歐姆定律、物質(zhì)吸收熱量、電功率計(jì)算和電路分析，有一定難度．