0 ℃の氷が0 ℃の水になる過程では温度は変化しない。必要な熱は融解熱だけである。
令和7年度 上期 第三種電気主任技術者 機械 問17(a)
熱効率が70 %で一定の電熱装置について,次の(a)及び(b)の問に答えよ。
(a) 0 ℃の氷5 kgを加熱したところ30 minですべて0 ℃の水になった。融解熱が334 kJ/kgのとき電熱装置の消費電力の値[kW]として,最も近いものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
選択肢
解説
結論 → 詳細 → 補足 の 3 層構成
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解説
結論 → 詳細 → 補足 の 3 層構成
詳細Layer 2展開閉じる
氷を融かすのに必要な熱量 Q は
Q = 5 kg × 334 kJ/kg = 1670 kJ
補足Layer 3展開閉じる
加熱時間は t = 30 min = 1800 s である。1 kW = 1 kJ/s なので、単位時間当たりに氷へ与えられる熱量(有効熱出力)P_h は
P_h = Q ÷ t = 1670 kJ ÷ 1800 s ≒ 0.928 kW
熱効率 η = 0.70 は、消費電力のうち氷に伝わる熱出力の割合である。したがって電熱装置の消費電力 P は
P = P_h ÷ η = 0.928 kW ÷ 0.70 ≒ 1.33 kW
選択肢のうち最も近いのは 1.4 kW であり、正答は(2)である。
各選択肢の解説
- (1)
0.9
誤り。0.9 kW は熱効率を考慮しない場合の値(1670 kJ ÷ 1800 s ≒ 0.93 kW)に近い。この値は氷に伝わる有効熱出力である。消費電力はこれを熱効率0.70で割った約1.33 kWとなる。したがって最も近い値ではない。
- (2)
1.4
正しい。必要熱量1670 kJを1800 sで与えるための有効熱出力は約0.928 kWである。これを熱効率0.70で割ると消費電力は約1.33 kWとなる。選択肢の中では1.4 kWが最も近い(差約0.07 kW)。
- (3)
1.9
誤り。計算値の約1.33 kWとの差が約0.57 kWある。1.4 kWとの差約0.07 kWより大きく、最も近い値ではない。
- (4)
2.4
誤り。計算値の約1.33 kWとの差が約1.07 kWある。最も近い値ではない。
- (5)
2.9
誤り。計算値の約1.33 kWとの差が約1.57 kWある。選択肢の中で最も離れている。
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