用电能表测微波炉的效率

赵 兰

(江苏省南通中学,江苏南通 226001)

微波炉具有加热速度快、热效率高、清洁卫生等特点.近几年逐渐走进大众生活.它比一般电炉加热食品时间要快4～10倍,同时可以节约电能 30%～80%.我们可以利用家中的电能表,钟表等来实际测量微波炉的效率.

题目.(2011年全国物理竞赛)微波炉是一种利用向食物发射微波,进而将以微波形式存在的电磁能转化为内能来对食物加热的厨具.因为微波可以深入食物表面内约5 cm,因此与蒸烤类厨具比较,具有加热更加迅速的特点.

小明家最近买了一个微波炉,他听人们讲利用微波炉对食物加热,不仅加热时间短,还具备加热效率高的特点.为了验证后一种说法,他决定借助电能表、手表、温度计等器材实际测量一下微波炉在高火挡烧水时的效率.

为此他查看了家中微波炉后面的铭牌,上面注明额定输入功率为1 200 W,他又查看了他家的单相电子电能表,上面注明3200 imp/kW◦h(它表示每消耗电能1 kW◦h,该电能表上面的发光二极管闪烁3 200次).之后,他关闭其他所有家用电器,将体积为1L、温度为 20°C的水放入微波炉并用高火开始加热,同时用钟表计时并记录电能表上面的发光二极管闪烁的次数,历时4 min,电能表上面的发光二极管闪烁了256次,此时取出并测得水的温度为72°C,请你帮助小明计算微波炉烧水时的效率.

微波炉中发射微波的器件叫做微波管,若某微波炉内的微波管只有1只,且该微波管只能在额定电压下以额定功率工作,请回答这个微波炉是如何仅仅利用这只微波管实现在不同挡位工作的呢?

(1)发光二极管闪烁1次,消耗的电能1/3200 kW◦h=3.6×106/3200 J

4 min闪烁256次微波炉消耗电能

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

(2)家用微波炉主要由电源变压器、磁控管、微波发生器、冷却风机、金属结构件和电气控制系统等组成.当微波炉中的微波管在额定电压下以额定功率连续工作时,设定为高火档;当微波炉中的微波管在额定电压下以额定功率间歇工作时,设定为非高火档;且工作时间与不工作时间的比值越小,微波炉的档位越低.

微波炉通过定时器控制旋钮可以在几十秒至十分钟范围内设定工作时间;用功率分配旋钮可以调整微波炉的平均输出功率,一般可以有3～5个档位,如高-中-解冻-低等(在输出功率的15%-100%之间调节).所以微波炉是通过调节微波炉的心脏-磁控管的“通”、“断”时间的比来控制其平均输出功率的.而变频微波炉采用变频控制微波输出功率,提供多种微波加热功率.