关于电磁炉烧水功率与节能的初探
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关于电磁炉烧水功率与节能的初探
2 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tPTcm，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，T为物质的温度变化量。
三、 分析问题
3 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。
4 （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tPTmc水式中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，T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
5 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
600 1 2 1599 12.2 98.0 85.8 959400 717288 74.8%
74.6% 600 2 2 1602 12.4 98.0 85.6 961200 715616 74.5%
600 3 2 1610 12.0 98.0 86.0 966000 718960 74.4%
600 4 2 1590 13.0 98.0 85.0 954000 710600 74.5%
800 5 2 1123 12.3 98.0 85.7 898400 716452 79.7%
80.5% 800 6 2 1112 12.4 98.0 85.6 889600 715616 80.4%
800 7 2 1101 12.6 98.0 85.4 880800 713944 81.1%
800 8 2 1104 12.8 98.0 85.2 883200 712272 80.6%
1000 9 2 832.5 12.8 98.0 85.2 832500 712272 85.6% 85.5% 1000 10 2 838.3 13.0 98.0 85.0 838300 710600 84.8%
6 1000 11 2 826.0 13.2 98.0 84.8 826000 708928 85.8%
1000 12 2 825.1 13.4 98.0 84.6 825100 707256 85.7%
1200 13 2 665.1 12.6 98.0 85.4 798120 713944 89.5%
88.7% 1200 14 2 672.2 12.8 98.0 85.2 806640 712272 88.3%
1200 15 2 670.2 13.0 98.0 85.0 804240 710600 88.4%
1200 16 2 668.1 13.2 98.0 84.8 801720 708928 88.4%
1400 17 2 565.0 13.4 98.0 84.6 791000 707256 89.4%
89.8% 1400 18 2 562.1 13.2 98.0 84.8 786940 708928 90.1%
1400 19 2 568.3 12.8 98.0 85.2 795620 712272 89.5%
1400 20 2 564.0 13.0 98.0 85.0 789600 710600 90.0%
1800 21 2 435.2 13.3 98.0 84.7 783360 708092 90.4%
90.0% 1800 22 2 436.1 13.2 98.0 84.8 784980 708928 90.3%
1800 23 2 438.2 13.4 98.0 84.6 788760 707256 89.7%
1800 24 2 440.3 13.1 98.0 84.9 792540 709764 89.6%
2200 25 2 360.2 12.8 98.0 85.2 792440 712272 89.9%
90.2% 2200 26 2 357.6 13.0 98.0 85.0 786720 710600 90.3%
2200 27 2 359.4 13.2 98.0 84.8 790680 708928 89.7%
2200 28 2 356.1 12.8 98.0 85.2 783420 712272 90.9%
表一
由以上数据作出有用效率和耗电功率的关系为图1
η
7 60.0%65.0%70.0%75.0%80.0%85.0%90.0%95.0%020040060080010001200140016001800200022002400
图1
注：水的内能增加量为 TmcQ水，c水指水的比热容，本论文中取4.18×103J/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P
8 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”，我国也在大力提倡低碳、环保的生活理念，提出了建设节约型社会的宏伟目标。我愈发感到这个课题有继续探究的必要。我希望通过本次实验的进行，为节能工作作出一些绵薄的贡献，我感到了无比的高兴和快乐，同时也收获了能够将所学的知识应用于生活实践的学以致用的体验，在实践中增强了我对科学探究的欲望和动手能力，随着我知识的积累，我会继续深入关于电磁炉节能的探究。
