填空题
有一个电热器接在100V直流电源上,产生的热功率是接在一个正弦交流电源上产生热功率的2倍,如果电热器电阻不随温度变化,那么这个交流电的电压最大值是()。
答案解析
正确答案:100V
解析:
这个问题涉及电热器在不同电源下工作时的热功率计算。根据题意,电热器接在100V直流电源上产生的热功率是接在正弦交流电源上的两倍。
首先,我们知道电热器产生的热功率 \(P\) 可以通过公式 \(P = \frac{V^2}{R}\) 计算,其中 \(V\) 是电压,\(R\) 是电阻。
对于直流电源来说,热功率为 \(P_{DC} = \frac{(100V)^2}{R} = \frac{10000}{R}\)。
对于交流电源来说,其电压是一个随时间变化的量,可以用正弦波表示:\(V(t) = V_m\sin(\omega t)\),其中 \(V_m\) 是电压的最大值(峰值),\(\omega\) 是角频率,\(t\) 是时间。
交流电的有效电压 \(V_{rms}\) 与最大电压 \(V_m\) 的关系是 \(V_{rms} = \frac{V_m}{\sqrt{2}}\)。有效电压是指交流电与同样阻值的电阻上产生相同平均功率的直流电压。
由于题目中提到直流电产生的热功率是交流电的两倍,我们可以设置交流电产生的热功率为 \(P_{AC}\),则有:
\[P_{DC} = 2P_{AC}\]
根据热功率的定义:
\[P_{DC} = \frac{(100V)^2}{R} = \frac{10000}{R}\]
\[P_{AC} = \frac{V_{rms}^2}{R}\]
由于 \(P_{DC} = 2P_{AC}\),可以得出:
\[\frac{10000}{R} = 2 \times \frac{V_{rms}^2}{R}\]
简化得:
\[10000 = 2V_{rms}^2\]
\[V_{rms}^2 = 5000\]
\[V_{rms} = \sqrt{5000} = 50\sqrt{2}\]
而 \(V_{rms} = \frac{V_m}{\sqrt{2}}\),所以:
\[50\sqrt{2} = \frac{V_m}{\sqrt{2}}\]
\[V_m = 50\sqrt{2} \times \sqrt{2} = 50 \times 2 = 100V\]
因此,交流电源的电压最大值 \(V_m\) 是100V。
相关知识点:
直流电热器,交流压 max100V
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