Question

6．如圖是安裝在學(xué)校各樓層的某種即熱式節(jié)能飲水機(jī)的原理圖．燒開的水很燙不能立即飲用，即熱式節(jié)能飲水機(jī)中的熱交換套管很好地解決了這一問題，它的奧秘在于將進(jìn)水管與出水管貼在一起，利用進(jìn)水管中的冷水給出水管中的開水降溫．同時(shí)，進(jìn)水管中的冷水被預(yù)熱后送到加熱腔中用電加熱器燒開．

如圖所示，當(dāng)節(jié)能飲水機(jī)的出水流量為1.9L/min時(shí)，20℃的自來水經(jīng)熱交換套管后被預(yù)熱成85℃的熱水流進(jìn)加熱腔，同時(shí)有相同質(zhì)量的100℃的開水從加熱腔流進(jìn)熱交換套管，變成可供直接飲用的溫開水流出．
（1）可供直接飲用的溫開水的溫度是多少？（不計(jì)熱損失）
（2）1min內(nèi)加熱腔內(nèi)水吸收的熱量是多少？
（3）若電加熱器的效率為95%，則電加熱器的電阻為多大？

Answer 1

分析 （1）由題意可知，20℃的自來水經(jīng)熱交換套管后被預(yù)熱成85℃，同時(shí)相同質(zhì)量的100℃的開水從加熱腔流進(jìn)熱交換套管后變?yōu)闇亻_水流出，不計(jì)熱損失，根據(jù)Q=cm△t得出等式即可得出直接飲用的溫開水的溫度；
（2）由出水流量可知，每分鐘加熱水的體積，根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$求出水的質(zhì)量，根據(jù)Q_吸=cm（t₂-t₁）求出加熱腔內(nèi)水吸收的熱量；
（3）利用η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$求出消耗的電能，根據(jù)P=$\frac{W}{t}$求出加熱腔的電功率，利用P=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出電熱器的電阻．

解答 解：
（1）因20℃的自來水經(jīng)熱交換套管后被預(yù)熱成85℃，同時(shí)相同質(zhì)量的100℃的開水從加熱腔流進(jìn)熱交換套管后變?yōu)闇亻_水流出，
所以，不計(jì)熱損失時(shí)，冷水吸收的熱量和熱水放出的熱量相等，
由Q=cm△t可得：
cm（85℃-20℃）=cm（100℃-t），
解得：t=35℃；
（2）由飲水機(jī)的出水流量為1.9L/min可知，每分鐘加熱水的體積：V=1.9L=1.9×10^-3m³，
由ρ=$\frac{m}{V}$可得，水的質(zhì)量：
m=ρV=1.0×10³kg/m³×1.9×10^-3m³=1.9kg，
這些水從85℃加熱到100℃需吸收的熱量：
Q_吸=cm（t₂-t₁）=4.2×10³J/（kg•℃）×1.9kg×（100℃-85℃）=1.197×10⁵J，
（3）由η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$可得，消耗的電能：
W=$\frac{{Q}_{吸}}{η}$=$\frac{1.197×1{0}^{5}J}{95%}$=1.26×10⁵J，
電熱器的電功率：
P=$\frac{W}{t}$=$\frac{1.26×1{0}^{5}J}{60s}$=2100W，
由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可得，電熱器的電阻：
R=$\frac{{U}^{2}}{P}$=$\frac{（220V）^{2}}{2100W}$≈23Ω．
答：（1）可供直接飲用的溫開水的溫度是35℃；
（2）1min內(nèi)加熱腔內(nèi)水吸收的熱量為1.197×10⁵J；
（3）電熱器的電阻為23Ω．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了吸熱公式、密度公式、效率公式、電功公式、電功率公式的靈活應(yīng)用，關(guān)鍵是根據(jù)題干獲取有用的信息．