关于电磁炉烧水功率与节能的初探.doc

关于电磁炉烧水功率与节能的初探【摘要】 本文通过烧水为例，探究电磁炉功率与烧水时有用效率的关系。通过实验说明：当电磁炉使用功率小于1400W时，烧水的有用效率随着电磁炉功率的增加而明显增加，当电磁炉使用功率大于1400W时，烧水的有用效率随着电磁炉功率的增加而几乎不变，有用效率在89%上下。【关键词】电磁炉；有用效率；功率；节能一、 提出问题现今电磁炉走进了千家万户，成为人们除燃气灶外重要的加热工具之一，电磁炉以有用效率高著称，但在倡导节约型社会的今天，我们更希望尽可能多的减少热损耗 ，所以我们不免追问一句:“到底怎样才更省电？为了解决这个问题，我上网收集了资料，发现虽然大部分人都同意电磁炉功率越大，能耗越低，可是却还有不少人认为功率越小，能耗越低，甚至还有一些人认为能耗与电磁炉功率无关，基于以上不同的认识，我很好奇，于是就通过下面的实验来进行探究。二、概念界定有用效率：电磁炉的有用效率是指，将物质从某一温度加热到另一温度时，物质增加的内能与电磁炉消耗的总电能的比值。数学表达式为，式中P指电磁炉设定功率，t指烧水时间，c指物质的比热容，m为物质的质量，为物质的温度变化量。三、 分析问题以电磁炉烧水为例，通过查找资料和对烧水的过程进行分析，我们可以得出电磁炉在烧水时的能量损耗主要来自以下几个方面：1. 烧水时面板和容器增加的内能。2. 面板和容器对周围空气的热传导，热对流，热辐射。3. 电磁炉内电阻等电子元件和线路因电流的热效应损失的热能。4. 电磁炉内部的散热系统工作时消耗的电能（风机工作）。所以我们提出了以下假设：1. 功率越大越省电？因为水的内能增加量Q是一定的，电磁炉的功率W越大，所用的时间t越短，所以热损耗的能量越少。2. 锅越小越省电？ 因为锅越小，和空气接触的散热面越小，可以减少能量的损耗。3. 一次烧水越少越省电？因为单次烧的水如果较少，就可以大大节省烧水的时间，可以有效减少热损耗。在以上的三个假设中，第二个假设牵涉变量太多，用我学过的知识不能解决，而第三个假设中，由于烧水的多少和人们的使用需求量有关，没有实际的探讨意义。所以我后面主要对第一个假设进行实验和探讨。四、实验探究为了探索有用效率与电磁炉耗电功率的关系，我进行了以下实验。（一）、实验目的：探究用电磁炉烧开水时，电磁炉耗电功率与有用效率之间的关系。（二）、实验原理：使用同一个电磁炉，以不同的功率烧同一口锅装的同等质量的水，由某一温度加热到另一温度，计算电磁炉烧水时的有用效率。有用效率是指，水增加的总内能与电磁炉消耗的总电能的比值。数学表达式为式中P指电磁炉设定功率，t指烧水时间，c水指水的比热容，m为水的质量，为水的温度变化量（三）、实验器材：奔腾pc22n-b电磁炉，自来水若干，直径为22cm的不锈钢锅一个，停表，温度计，量筒，泡沫塑料(用来固定温度计)。（如下图） 奔腾pc22n-b电磁炉 泡沫塑料和温度计（四）、实验步骤1、将奔腾pc22n-b电磁炉平放在桌面上，接通电源，组装器材如左图； 2、向不锈钢锅中加入2000ml水，用温度计测量水的初温T1，打开电磁炉电源开关并迅速将模式调至烧水模式，选择600W的使用功率烧水，同时按下停表开始计时。当水温增加至T2(98)时，按下停表结束计时，关闭电磁炉电源，读出停表的读数t。待锅、电磁炉面板、温度计冷却后重复上述步骤，再做三遍；3、再依次选择800W、1000W、1200W、1400W、1800W、2200W的使用功率，重复步骤2中的实验；（五）、实验数据记录与分析实验数据如表一功率P（W）次数水的质量m()时间t（s）初温T1（）末温T2（）温度变化量T（）总功W（J）水的内能增加量Q（J）烧水的有用效率平均有用效率60012159912.298.085.895940071728874.8%74.6%60022160212.498.085.696120071561674.5%60032161012.098.086.096600071896074.4%60042159013.098.085.095400071060074.5%80052112312.398.085.789840071645279.7%80.5%80062111212.498.085.688960071561680.4%80072110112.698.085.488080071394481.1%80082110412.898.085.288320071227280.6%100092832.512.898.085.283250071227285.6%85.5%1000102838.313.098.085.083830071060084.8%1000112826.013.298.084.882600070892885.8%1000122825.113.498.084.682510070725685.7%1200132665.112.698.085.479812071394489.5%88.7%1200142672.212.898.085.280664071227288.3%1200152670.213.098.085.080424071060088.4%1200162668.113.298.084.880172070892888.4%1400172565.013.498.084.679100070725689.4%89.8%1400182562.113.298.084.878694070892890.1%1400192568.312.898.085.279562071227289.5%1400202564.013.098.085.078960071060090.0%1800212435.213.398.084.778336070809290.4%90.0%1800222436.113.298.084.878498070892890.3%1800232438.213.498.084.678876070725689.7%1800242440.313.198.084.979254070976489.6%2200252360.212.898.085.279244071227289.9%90.2%2200262357.613.098.085.078672071060090.3%2200272359.413.298.084.879068070892889.7%2200282356.112.898.085.278342071227290.9%表一由以上数据作出有用效率和耗电功率的关系为图1 P（W） 图1注：水的内能增加量为 ，c水指水的比热容，本论文中取4.18103J/kg（六）、实验结论从图表中可以看出，电磁炉烧开水的有用效率在600W时为74.6%，800W时为80.5%，1000W时为85.5%，1200W时为88.7%，1400W时为89.8%，1800W时为90.0%，2200W时为90.2%。从图像上可以初步得出在1400W以下时有用效率与功率变化很快，而在1400W后变化很小在误差范围内忽略不计。五、生活应用通过以上实验可以发现，其实大于1400W时电磁炉功率对烧开水时的有用效率影响并不大，而且有用效率都超过了89%，说明电磁炉能效比本身就比较高。所以我们提出以下两个建议。（一）、电磁炉的功率大于1400W后，电磁炉烧水的有用效率较高，且随着电磁炉耗电功率的增加，有用效率增加得非常缓慢，在实际使用时可以根据家庭电路的负载能力选择相对较高的功率。（二）、电磁炉的功率小于1400W后，电磁炉烧水有用效率随电磁炉功率的变化而明显变化，功率越大有用效率越高。所以，在条件允许的情况下尽量不使用小功率。六、 结语可以说，本次学习和实验是一次充满挑战和乐趣的尝试，也是对书本上物理知识的一种亲身体验。在目前全世界正面临着“能源危机”，我国