0 ℃の水5 kgを50 ℃まで温めるのに必要な熱量 Q を求める。温度差は50 ℃ = 50 K である。
Q = 質量 × 比熱 × 温度差 = 5 kg × 4.2 kJ/(kg・K) × 50 K = 1050 kJ
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。
(b) 電熱装置の消費電力が1.7 kWのとき,0 ℃の水5 kgが50 ℃になるのに要する時間[min]として,最も近いものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。ただし,水の比熱は4.2 kJ/(kg・K)とする。
結論 → 詳細 → 補足 の 3 層構成
0 ℃の水5 kgを50 ℃まで温めるのに必要な熱量 Q を求める。温度差は50 ℃ = 50 K である。
Q = 質量 × 比熱 × 温度差 = 5 kg × 4.2 kJ/(kg・K) × 50 K = 1050 kJ
消費電力1.7 kWのうち、熱効率70 %にあたる分が水の加熱に使われる。水に伝わる熱出力(有効熱出力)P_h は
P_h = 1.7 kW × 0.70 = 1.19 kW
1 kW = 1 kJ/s なので、必要な時間 t は
t = Q ÷ P_h = 1050 kJ ÷ 1.19 kW ≒ 882 s
882 s ÷ 60 ≒ 14.7 min
選択肢のうち最も近いのは 15 min であり、正答は(2)である。
11
誤り。11 min は熱効率を考慮しない場合の時間(1050 kJ ÷ 1.7 kW ≒ 618 s ≒ 10.3 min)に近い。実際に水に伝わる熱出力は1.19 kW(= 1.7 kW × 0.70)である。そのため約14.7 minを要し、11 minは最も近い値ではない。
15
正しい。必要熱量1050 kJを有効熱出力1.19 kW(= 1.7 kW × 0.70)で与えると約882 sかかる。これは約14.7 minである。選択肢の中では15 minが最も近い(差約0.3 min)。
19
誤り。計算値の約14.7 minとの差が約4.3 minある。15 minとの差約0.3 minより大きく、最も近い値ではない。
25
誤り。計算値の約14.7 minとの差が約10.3 minある。最も近い値ではない。
30
誤り。計算値の約14.7 minとの差が約15.3 minある。選択肢の中で最も離れている。
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