小明家用电火锅烹饪烤肉,肉烤熟后立即将电火锅调至“低温档”,一段时间后锅内热油仍向外飞溅,容易烫伤家人。小明断开电源,看到电火锅铭牌的主要参数如图甲所示;打开底盖,发现其工作电路原理如图乙所示,R1、R2为阻值未知的电热丝。为了对烤熟的食物保温,同时避免锅内热油向外飞溅,小明对电火锅的工作电路进行了改进,可以分别实现“高温档”“低温档”或“保温档”功能,改进后的电路原理如图丙所示。求:
(1)电火锅使用“高温档”正常工作时电路中的电流;
(2)在图丙中,当S闭合,S1断开,S2接b,电火锅处于“保温档”,该状态下电火锅正常工作时消耗的电功率;
(3)用电高峰时电路的实际电压降为198V,向锅内装2kg温度为25℃的水,用“高温档”连续工作100s,水温升高到35℃,这时电火锅的加热效率ƞ是多少?(已知水的比热容,电热丝的电阻不随温度变化,水吸收的热量跟电火锅消耗的电能的比值叫做加热效率。)
(1)5A;(2)176W;(3)94.3%
【解析】(1)由可知,电火锅使用高温档正常工作时电路中的电流
(2) 由乙图可知,当开关S和S1闭合时,两电阻并联,此时电路的总电阻较小,由可知,此时为高温档;当只闭合开关S时,电路为R1的简单电流,此时电路的总电阻较大,由可知,此时为低温档;工作状态为低温档时
工作状态为高温档时
由得
解得
在图丙中,当S闭合,S1断开,S2接b时,两电阻串联,此时电路的总电阻是
该状态下电火锅正常工作时消耗的电功率
(3)电火锅实际电压为198V时,实际功率是
由可知,消耗的电能是
水吸收的热量
这时电火锅的加热效率
答:(1)电火锅使用“高温档”正常工作时电路中的电流是5A;
(2)该状态下电火锅正常工作时消耗的电功率;
(3)电火锅的加热效率是94.3%。