Question

5．你見過戴著面罩或墨鏡的工人進(jìn)行電焊作業(yè)嗎？電焊是利用電流的熱效應(yīng)產(chǎn)生高溫，將焊條熔化，從而使兩金屬部件焊接在一起．電焊機(jī)工作時(shí)有很大電流，但不會(huì)連續(xù)工作，所以導(dǎo)線中會(huì)產(chǎn)生迅速變化、時(shí)斷時(shí)續(xù)的電流．

導(dǎo)線規(guī)格
導(dǎo)體橫截面積S/mm2	2.5	4	6	10
安全載流量I/A	28	37	47	68

（1）電焊機(jī)輸出電壓 40V、輸出功率 2000W，某種橡皮絕緣銅芯導(dǎo)線在常溫下安全載流量（長時(shí) 間通電時(shí)的最大安全電流）如下表，從安全角度考慮，計(jì)算說明應(yīng)選擇橫截面積為多少的導(dǎo)線作 為電焊機(jī)的輸出導(dǎo)線？
（2）焊條熔點(diǎn)為1100℃，比熱容為0.4×10³J/（kg•℃）．假設(shè)電流放出的熱量全部被焊條吸收并使 焊條升溫，電焊機(jī)連續(xù)工作4s，可使一根質(zhì)量為20g，初溫為20℃的焊條全部熔化嗎？

Answer 1

分析 （1）知道電焊機(jī)的輸出電壓和輸出功率，利用P=UI求電焊機(jī)的工作電流，然后可作出選擇；
（2）電流通過電焊機(jī)做功，消耗電能全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，利用Q=W=Pt求電流做功4s放出的熱量，假設(shè)電流放出的熱量全部被焊條吸收，又知道焊條的質(zhì)量、比熱容和焊條的初溫，利用吸熱公式求焊條的末溫，判斷是否熔化．

解答 解：（1）由P=UI可得，電焊機(jī)工作時(shí)電流：
I=$\frac{P}{U}$=$\frac{2000W}{40V}$=50A，
由表可知，應(yīng)選橫截面積為10mm²的導(dǎo)線；
（2）電焊機(jī)工作4s產(chǎn)生的熱量：
Q_放=W=Pt=2000W×4s=8000J，
假設(shè)電流放出的熱量全部被焊條吸收，則
Q_吸=Q_放=8000J，
由Q_吸=cm（t-t₀）可得，焊條的末溫：
t=t₀+$\frac{{Q}_{吸}}{cm}$=20℃+$\frac{8000J}{0.4×1{0}^{3}J/（kg•℃）×20×1{0}^{-3}kg}$=1020℃＜1100℃，
所以，焊條不會(huì)全部熔化．
答：（1）應(yīng)選橫截面積為10mm²的導(dǎo)線；
（2）電焊機(jī)工作4s，不能使一根質(zhì)量為20g的焊條全部熔化．

點(diǎn)評 本題為電學(xué)和熱學(xué)的綜合計(jì)算題，考查了學(xué)生對吸熱公式、電功率公式的掌握和運(yùn)用，涉及到保險(xiǎn)絲的選擇，反應(yīng)物理與生活的密切聯(lián)系，體現(xiàn)了“學(xué)是為了用”的教學(xué)思想，有意義．