当前位置:百问十四>百科知识>某学校建了一个植物园,园内有一个温室大棚,大棚内设计了模拟日光和自动调温系统,对大棚进行照明、保温和加热。冬季白天有日光的时候,灯泡不亮;白天开启该系统的保温功能,晚上开启该系统的加热功能。大棚照明调温功能的原理电路图如图所示。已知电源电压恒为$220V$,$R_{1}$和$R_{2}$是两个电热丝(不考虑温度对电阻的影响),保温时$R_{1}$与$R_{2}$的电功率之比为$1:3$,$R_{2}=30\Omega $,$L$是标有“$220V$,$100W$”的灯泡。请解答下列问题:

某学校建了一个植物园,园内有一个温室大棚,大棚内设计了模拟日光和自动调温系统,对大棚进行照明、保温和加热。冬季白天有日光的时候,灯泡不亮;白天开启该系统的保温功能,晚上开启该系统的加热功能。大棚照明调温功能的原理电路图如图所示。已知电源电压恒为$220V$,$R_{1}$和$R_{2}$是两个电热丝(不考虑温度对电阻的影响),保温时$R_{1}$与$R_{2}$的电功率之比为$1:3$,$R_{2}=30\Omega $,$L$是标有“$220V$,$100W$”的灯泡。请解答下列问题:

2024-08-01 22:41:46 编辑:join 浏览量:569

某学校建了一个植物园,园内有一个温室大棚,大棚内设计了模拟日光和自动调温系统,对大棚进行照明、保温和加热。冬季白天有日光的时候,灯泡不亮;白天开启该系统的保温功能,晚上开启该系统的加热功能。大棚照明调温功能的原理电路图如图所示。已知电源电压恒为$220V$,$R_{1}$和$R_{2}$是两个电热丝(不考虑温度对电阻的影响),保温时$R_{1}$与$R_{2}$的电功率之比为$1:3$,$R_{2}=30\Omega $,$L$是标有“$220V$,$100W$”的灯泡。请解答下列问题:

(1)由$P=\dfrac{U^{2}}{R}$可得,灯泡正常工作时的电阻:

$R_{L}=\dfrac{U_{额}^{2}}{P_{额}}=\dfrac{\left(220V\right)^{2}}{100W}=484\Omega $由;

(2)电源电压一定时,由$P=\dfrac{U^{2}}{R}$可知,可知,开启加热功能时,加热部分的总电阻最小,由图可知,开关$S_{2}$处于闭合状态;

(3)由题知,系统处于保温状态时,开关$S_{2}$应是断开,两电阻$R_{1}$、$R_{2}$串联,总电阻最大,总功率最小,

因串联电路中各处的电流相等,且$R_{1}$与$R_{2}$的电功率之比为$1:3$,

所以,由$P=I^{2}R$可得,两个电热丝的电阻之比:

$\dfrac{R_{1}}{R_{2}}=\dfrac{\dfrac{P_{1}}{I^{2}}}{\dfrac{P_{2}}{I^{2}}}=\dfrac{P_{1}}{P_{2}}=\dfrac{1}{3}$,

则$R_{1}=\dfrac{1}{3}R_{2}=\dfrac{1}{3}\times 30\Omega =10\Omega $,

因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,

所以,系统处于保温状态时,电热丝消耗的电能:

$W_{保温}=\dfrac{U^{2}}{R_{1}+R_{2}}t=\dfrac{\left(220V\right)^{2}}{10\Omega +30\Omega }\times 10\times 3600s=4.356\times 10^{7}J$,

系统处于加热状态,开关$S_{2}$闭合,电阻丝$R_{2}$被短路,电阻丝$R_{1}$消耗的电能:

$W_{加热}=\dfrac{U^{2}}{R_{1}}t=\dfrac{\left(220V\right)^{2}}{10\Omega }\times 10\times 3600s=1.7424\times 10^{8}J$,

电路消耗的总电能:

$W=W_{保温}+W_{加热}=4.356\times 10^{7}J+1.7424\times 10^{8}J=2.178\times 10^{8}J$,

由$\eta =\dfrac{W}{Q_{放}}\times 100\%$可得,沼气完全燃烧释放的热量:

$Q_{放}=\dfrac{W}{\eta }=\dfrac{2.178\times 10^{8}J}{50\%}=4.356\times 10^{8}J$,

由$Q_{放}=Vq$可得,每天需要完全燃烧沼气的体积:

$V=\dfrac{Q_{放}}{q_{沼气}}=\dfrac{4.356\times 10^{8}J}{1.8\times 10^{7}J/m^{3}}=24.2m^{3}$。

答:(1)灯泡正常工作时的电阻为$484\Omega $;

(2)闭合;

(3)每天需要完全燃烧$24.2m^{3}$的沼气。

标签:大棚,保温,220V

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