小芸爸爸在商店选中一款速热式电热水器,小芸阅读说明书后知道该电热水器的额定功率是4400W.额定电压是220V,工作电路图如图所示(图中R是给水加热的电阻),小芸向爸爸指出该电热水器夏天4400W的额定功率过大,浪费电能,冬天4400W的额定功率过小,不能满足人对热水的需要.两人交流讨论后根据自家的实际情况,从节约、低碳、环保的角度,提出了以下选购要求:①该电热水器额定电压是220V;②夏天额定功率是2200W,春、秋两季额定功率是4400W,冬季额定功率是6600W.求:
(1)如图所示,该电热水器正常工作15min,加热电阻R消耗的电能?
(2)如图所示,该电热水器正常工作时,电路中电流强度是多大?
(3)请你用两个加热电阻R1,R2和两个开关S1,S2设计出符合小芸以上①、②两个选购要求的电热水器加热工作电路图(画在答题卡的指定位置),并计算出加热电阻R1和R2的阻值各是多大?
(1)正常工作15min加热电阻R消耗的电能:
W=Pt=4400W×15×60s=3.96×106J;
(2)由P=UI可得,电热水器正常工作时电路的电流强度:
I=
=P U
=20A;4400W 220V
(3)由题意可知,两加热电阻并联,分别用一个开关控制电路,如下图所示:
夏季:只闭合开关S1时,电路为R1的简单电路,总功率P1=2200W,
由P=
可得:U2 R
R1=
=U2 P1
=22Ω,(220V)2 2200W
春、秋两季:只闭合开关S2时,电路为R2的简单电路,总功率P2=4400W,
则R2=
=U2 P2
=11Ω,(220V)2 4400W
冬季:同时闭合开关S1和S2,总功率P总=P1+P2=2200W+4400W=6600W.
答:(1)该电热水器正常工作15min,加热电阻R消耗的电能为3.96×106J;
(2)该电热水器正常工作时,电路中电流强度是20A;
(3)符合小芸以上①、②两个选购要求的电热水器加热工作电路图如上图所示,加热电阻R1和R2的阻值分别为22Ω、11Ω.