为实现自动控制,小明同学利用电磁继电器(电磁铁线圈电阻不计)制作了具有延时加热、保温、消毒等功能的恒温调奶器,其电路图如图甲所示。控制电路中,电压U1=3V,定值电阻R0=50Ω,热敏电阻R阻值随温度变化的图像如图乙所示;工作电路中,电压U2=220V,R1=836Ω,R2=44Ω。已知恒温调奶器容量为2kg,水温达到80℃时衔铁会跳起。[水的比热容为4.2×103J/(kg•℃)]
(1)请结合此电路,简要说明电磁继电器的工作原理。
(2)求衔铁刚跳起时,通过电磁铁线圈的电流。
(3)求工作电路在保温状态下的电功率。
(4)当调奶器加满温度为25℃的水,加热元件工作500s后衔铁跳起,求此过程中水吸收的热量及恒温调奶器的加热效率。
解析:
(1)如图乙所示,温度升高时,电阻R的阻值增大,所以当温度比较低时,电阻R的阻值较小,控制电路中的电流较大,电磁铁把衔铁吸下来,工作电路中只有电阻R2接入;当温度较高时,电阻R的阻值较答,控制电路中的电流较小,复位弹簧把衔铁拉上去,工作电路中电阻R1和R2串联接入,根据P=U2/R可知,电压一定时,电路中的电阻越小,加热功率越大,故动触点与静触点a接触时,为保温电路,动触点与静触点b接触时,为加热电路。
(2)如图乙所示,温度为80℃时,电阻R的阻值为100Ω,则此时通过电磁铁线圈的电流为
(3)动触点与静触点a接触时,为保温电路,工作电路中电阻R1和R2串联接入,保温状态下的电功率为
(4)由题意知,水温达到80℃时衔铁会跳起,则水吸收的热量为
动触点与静触点b接触时,为保温电路,工作电路中只有电阻R2接入,加热状态下消耗的电能为
此过程中水吸收的热量及恒温调奶器的加热效率为
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