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(diǎn).近幾年逐漸走進(jìn)大眾生活.它比一般電爐加熱食品時(shí)間要快4～10倍,同時(shí)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(lái)實(shí)際測(cè)量微波爐的效率.

題目.(2011年全國(guó)物理競(jìng)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(lái)對(duì)食物加熱的廚具.因?yàn)槲⒉梢陨钊胧澄锉砻鎯?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(diǎn).

小明家最近買了一個(gè)微波爐,他聽(tīng)人們講利用微波爐對(duì)食物加熱,不僅加熱時(shí)間短,還具備加熱效率高的特點(diǎn).為了驗(yàn)證后一種說(shuō)法,他決定借助電能表、手表、溫度計(jì)等器材實(shí)際測(cè)量一下微波爐在高火擋燒水時(shí)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(kāi)始加熱,同時(shí)用鐘表計(jì)時(shí)并記錄電能表上面的發(fā)光二極管閃爍的次數(shù),歷時(shí)4 min,電能表上面的發(fā)光二極管閃爍了256次,此時(shí)取出并測(cè)得水的溫度為72°C,請(qǐng)你幫助小明計(jì)算微波爐燒水時(shí)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(qǐng)回答這個(gè)微波爐是如何僅僅利用這只微波管實(shí)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(jī)、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(shí),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(shí),設(shè)定為非高火檔;且工作時(shí)間與不工作時(shí)間的比值越小,微波爐的檔位越低.

微波爐通過(guò)定時(shí)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(shí)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(gè)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(guò)調(diào)節(jié)微波爐的心臟-磁控管的“通”、“斷”時(shí)間的比來(lái)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.