電熱器により,60 kg の水の温度を20 K 上昇させるのに必要な電力量[kW・h]は。ただし,水の比熱は4.2 kJ…
一般問題 第3問
電熱器により,60 kg の水の温度を20 K 上昇させるのに必要な電力量[kW・h]は。ただし,水の比熱は4.2 kJ /(kg・K)とし,熱効率は100 %とする。
- イ1.0
- ロ1.2
- ハ1.4
- ニ1.6
正答 ハ
正答は (3)。
【使う式】
物体の温度を上げるのに必要な熱量は
Q = m × c × ΔT [kJ]
で求めます。m は質量[kg]、c は比熱[kJ/(kg・K)]、ΔT は温度上昇[K]です。熱効率が100パーセントなら、電熱器が消費した電力量がそのままこの熱量になります。
【必要な熱量を求める】
水 60kg を 20K 上昇させ、水の比熱は 4.2kJ/(kg・K) ですから
Q = 60 × 4.2 × 20
= 252 × 20
= 5040 [kJ]
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【電力量に直す】
1kW・h は 1kW の電力を3600秒使ったときの仕事ですから
1 [kW・h] = 1 × 3600 = 3600 [kJ]
です。したがって
電力量 = 5040 ÷ 3600
= 1.4 [kW・h]
よって (3) が正答です。
【検算】
逆に 1.4kW・h を熱量に戻すと 1.4 × 3600 = 5040 kJ となり、これを 60kg と比熱 4.2 で割れば
5040 ÷ 60 ÷ 4.2 = 20 [K]
で、題意の温度上昇と一致します。
【誤りの選択肢】
(1) 1.0 は 3600kJ に相当し、温度上昇を約14K としたときの値です。
(2) 1.2 は 4320kJ に相当します。
(4) 1.6 は 5760kJ に相当します。
【間違えやすい点】
キロジュールとキロワット時の換算に 3600 を使うところが要です。1時間が3600秒であることから来ている数で、熱量をワット秒(ジュール)で出してから時間の単位へ移す、と順に考えると混乱しません。なお、実際の電熱器は熱効率が100パーセントには届かないため、必要な電力量はこれより大きくなります。
出典:令和7年度下期第二種電気工事士学科試験 問3(一般財団法人 電気技術者試験センター 公表)出典元ページ
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