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。

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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