Question

某校科技小組的同學(xué)們用PTC元件（即半導(dǎo)體陶瓷材料）制作了一個(gè)電加熱保溫杯．常溫下的涼開水放在杯內(nèi)可加熱至60℃，并利用這種元件的特性設(shè)定保溫溫度為60℃．已知所用的PTC元件的阻值R_T隨溫度的變化關(guān)系如圖甲，使用時(shí)PTC元件如圖乙接入家庭電路中．

請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）當(dāng)溫度為60℃時(shí)，電路中的電流是______mA，通電1min，PTC元件消耗的電能是______J．
（2）PTC元件的最大電功率是______W．
（3）保溫杯可以利用PTC元件的特性進(jìn)行保溫的原理是：當(dāng)溫度達(dá)到60℃時(shí)，PTC元件發(fā)熱功率等于散熱功率（即在相同時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量與散失的熱量相等），溫度保持不變．從圖甲可以看出，①當(dāng)它的溫度高于60℃時(shí)，______，溫度下降；②當(dāng)溫度低于60℃時(shí)，______，溫度上升．因此保溫杯中的水可以保持在60℃左右．

Answer 1

（1）從乙圖可知，電路中只有電阻R_r，
當(dāng)溫度為60℃時(shí)，由甲圖可知電阻R_r=10KΩ=10000Ω，
而電源電壓為U=220V，
∴電路中的電流為：I=

U

Rr

=

220V

10000Ω

=0.022A=22mA．
而t=1min=60s，
∴消耗的電能為：W=UIt=220V×0.022A×60s=290.4J．
（2）從乙圖可知，PTC元件的最小電阻為30℃時(shí)的電阻，R_r小=2KΩ=2000Ω，
∴PTC元件的最大電功率為：P_最大=

U2

Rr小

=

(220V)2

2000Ω

=24.2W．
（3）①當(dāng)溫度達(dá)到60℃時(shí)，PTC元件發(fā)熱功率等于散熱功率，溫度保持不變．
從圖甲可以看出，當(dāng)它的溫度高于60℃時(shí)，PTC元件的電阻R_r增大，由公式P=

U2

R

可知PTC元件發(fā)熱功率變小，發(fā)熱功率小于散熱功率，溫度下降；
②從圖甲可以看出，當(dāng)它的溫度低于60℃時(shí)，PTC元件的電阻R_r減小，由公式P=

U2

R

可知PTC元件發(fā)熱功率變大，發(fā)熱功率大于散熱功率，溫度上升；因此保溫杯中的水可以保持在60℃左右．
故答案為：（1）22；290.4．
（2）24.2．
（3）PTC元件的電阻R_r增大，由公式P=

U2

R

可知PTC元件發(fā)熱功率變小，發(fā)熱功率小于散熱功率；PTC元件的電阻R_r減小，由公式P=

U2

R

可知PTC元件發(fā)熱功率變大，發(fā)熱功率大于散熱功率．