Question

8．如圖甲是用來焊接自來水管的塑料熱熔器，通電后，加熱頭發(fā)熱，使需對(duì)接的塑料水管的兩頭熔化，將它們對(duì)接，緊壓在一起，冷卻后就可以焊接成一根水管了，其部分電路如圖乙所示，S₁是手控開關(guān)，S₂為溫控開關(guān)，ND為指示燈，R₁是限流電阻，R₂和R₃為電熱絲，表是它的技術(shù)參數(shù)．

產(chǎn)品名稱	便攜式自動(dòng)控溫式PPR/PP•R塑料管材
型號(hào)	20-32MM（配Φ20、Φ25、Φ32模頭）
環(huán)境溫度	-20℃～50℃
額定電壓	220V
加熱頭溫度	260±5℃
功率	加熱狀態(tài)電熱絲的功率：1 000W 保溫狀態(tài)電熱絲的功率：250W
安全指標(biāo)	絕緣電阻不小于1MΩ

請(qǐng)解答下列問題：
（1）保溫狀態(tài)下，開關(guān)S₁和S₂開關(guān)狀態(tài)如何？并說明理由．
（2）電熱絲R₂的阻值多大？
（3）當(dāng)環(huán)境溫度是20℃時(shí)，熔化1kg的PVC塑料需要吸收10⁶J熱量，此時(shí)塑料熱熔器的效率為85%，某次熔接需要熔化170g的PVC，在塑料熱熔器正常工作情況下需要加熱多長時(shí)間？

Answer 1

分析 （1）根據(jù)公式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，電阻越大，電功率越小，當(dāng)開S₁閉合、S₂斷開時(shí)，R₂和R₃加熱電阻串聯(lián)；
（2）當(dāng)加熱時(shí)，R₂短路、R₃發(fā)熱，此時(shí)處于加熱狀態(tài)，根據(jù)P=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出R₃的電阻，再根據(jù)P=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出保溫時(shí)的總電阻，利用電阻的串聯(lián)特點(diǎn)求出加熱電阻R₂的阻值；
（3）已知熔化1kgPVC塑料需要吸收的熱量，由熱熔器的效率為85%求出熔化170gPVC需要的熱量，再根據(jù)Q=W=Pt求出正常情況下的加熱時(shí)間．

解答 解：
（1）電源電壓不變，由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，P最小，則R最大，兩電阻串聯(lián)，故開關(guān)S₁閉合、S₂斷開；
（2）開關(guān)S₁、S₂均閉合時(shí)，電熱絲只有R₃工作，熱熔器處于加熱狀態(tài)，
由題知加熱狀態(tài)電熱絲的功率：1000W，
由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可得R₃的阻值：R₃=$\frac{{U}^{2}}{{P}_{加熱}}$=$\frac{（220V）^{2}}{1000W}$=48.4Ω，
開關(guān)S₁閉合、S₂斷開時(shí)，R₂與R₃串聯(lián)，熱熔器處于保溫狀態(tài)，保溫狀態(tài)電熱絲的功率：250W，
則R₂與R₃的阻值之和：R₂₃=$\frac{U2}{P保溫}$=$\frac{（220V）^{2}}{250W}$=193.6Ω，
因串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和，
所以，R₂=R₂₃-R₃=193.6Ω-48.4Ω=145.2Ω；
（3）因熔化1kg的PVC塑料需要吸收10⁶J熱量，
所以，熔化170g的PVC需要的熱量：Q=$\frac{1{0}^{6}J}{1000g}$×170g=1.7×10⁵J，
由η=$\frac{Q吸}{W}$×100%可得消耗的電能：
W=$\frac{Q}{η}$=$\frac{1.7×1{0}^{5}J}{0.85}$=2×10⁵J，
由公式P=$\frac{W}{t}$變形可得需要的加熱時(shí)間：
t=$\frac{W}{{P}_{加熱}}$=$\frac{2×1{0}^{5}J}{1000W}$=200s．
故答案為：（1）保溫時(shí)，S₁閉合，S₂斷開；當(dāng)S₁閉合S₂斷開時(shí)，電阻R₂、R₃串聯(lián)，發(fā)熱的總電阻最大，根據(jù)P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，此時(shí)發(fā)熱功率最小，即為保溫狀態(tài)；
（2）加熱電阻R₂的阻值為145.2Ω；
（3）塑料熱熔器正常工作情況下需要加熱200s．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了電阻的串聯(lián)和電功率公式、電熱公式以及效率的靈活運(yùn)用，關(guān)鍵是分析電路圖得出熱熔器加熱和保溫狀態(tài)時(shí)開關(guān)的閉合、斷開情況．