用電能表測微波爐的效率

趙 蘭

(江蘇省南通中學(xué),江蘇南通 226001)

微波爐具有加熱速度快、熱效率高、清潔衛(wèi)生等特點.近幾年逐漸走進(jìn)大眾生活.它比一般電爐加熱食品時間要快4～10倍,同時可以節(jié)約電能 30%～80%.我們可以利用家中的電能表,鐘表等來實際測量微波爐的效率.

題目.(2011年全國物理競賽)微波爐是一種利用向食物發(fā)射微波,進(jìn)而將以微波形式存在的電磁能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能來對食物加熱的廚具.因為微波可以深入食物表面內(nèi)約5 cm,因此與蒸烤類廚具比較,具有加熱更加迅速的特點.

小明家最近買了一個微波爐,他聽人們講利用微波爐對食物加熱,不僅加熱時間短,還具備加熱效率高的特點.為了驗證后一種說法,他決定借助電能表、手表、溫度計等器材實際測量一下微波爐在高火擋燒水時的效率.

為此他查看了家中微波爐后面的銘牌,上面注明額定輸入功率為1 200 W,他又查看了他家的單相電子電能表,上面注明3200 imp/kW?h(它表示每消耗電能1 kW?h,該電能表上面的發(fā)光二極管閃爍3 200次).之后,他關(guān)閉其他所有家用電器,將體積為1L、溫度為 20°C的水放入微波爐并用高火開始加熱,同時用鐘表計時并記錄電能表上面的發(fā)光二極管閃爍的次數(shù),歷時4 min,電能表上面的發(fā)光二極管閃爍了256次,此時取出并測得水的溫度為72°C,請你幫助小明計算微波爐燒水時的效率.

微波爐中發(fā)射微波的器件叫做微波管,若某微波爐內(nèi)的微波管只有1只,且該微波管只能在額定電壓下以額定功率工作,請回答這個微波爐是如何僅僅利用這只微波管實現(xiàn)在不同擋位工作的呢?

(1)發(fā)光二極管閃爍1次,消耗的電能1/3200 kW?h=3.6×106/3200 J

4 min閃爍256次微波爐消耗電能

水吸收的熱量 Q=cm(t-t0)=cρ V(t-t0)=4.2×103×1×103×1×10-3×(72-20)J=2.18×105J.

(2)家用微波爐主要由電源變壓器、磁控管、微波發(fā)生器、冷卻風(fēng)機、金屬結(jié)構(gòu)件和電氣控制系統(tǒng)等組成.當(dāng)微波爐中的微波管在額定電壓下以額定功率連續(xù)工作時,設(shè)定為高火檔;當(dāng)微波爐中的微波管在額定電壓下以額定功率間歇工作時,設(shè)定為非高火檔;且工作時間與不工作時間的比值越小,微波爐的檔位越低.

微波爐通過定時器控制旋鈕可以在幾十秒至十分鐘范圍內(nèi)設(shè)定工作時間;用功率分配旋鈕可以調(diào)整微波爐的平均輸出功率,一般可以有3～5個檔位,如高-中-解凍-低等(在輸出功率的15%-100%之間調(diào)節(jié)).所以微波爐是通過調(diào)節(jié)微波爐的心臟-磁控管的“通”、“斷”時間的比來控制其平均輸出功率的.而變頻微波爐采用變頻控制微波輸出功率,提供多種微波加熱功率.