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ジュール熱と電力
次の二つの問題がわかりません。 (1)100V用、1kWのヒーター2本を(a)直列および(b)並列に接続して、100Vの電源につないだ、それぞれの場合の消費電力はいくらか。ただし ヒーターの抵抗は代わらないものとする。 (2)500Wの電熱器で湯を沸かす。1リットルの水が沸騰し始めるのに何分かかるか。ただし、初めの水の温度は10℃である。また発生するジュール熱の８０パーセントが有効に使われるものとする。 この二つの問題なのですが、まったくわかりません。
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熱量・仕事量・電力・電力量の物理量間の相互関係を理解しないと 科学的思考から外れて暗記問題になってしまいます 熱量についてどこまで理解されていますか 以下 細かい点は省略して進めます 熱量は 物体と温度変化で理解するのが判り易いです 水1gを1℃上昇させるのに必要な熱量が 1Cal です （利用効率や外部との熱のやり取りを無視すれば、 水 10.00gの温度を50.00℃上昇させる、水25.00gの温度を20.00℃上昇させる場合に必要な熱量が 1000Cal＝1.000KCal です） (1)は 直列負荷と並列負荷の問題です 電源容量に問題が無く、通電時のヒータの抵抗が同一であるとすれば 直列負荷時と並列負荷時の電力は計算できます （直列負荷では並列負荷の1/4の電力です） (2)は 1.00kｇ10.0℃の水が100℃になるのに必要な熱量と仮定します さらに水を入れた容器の熱容量と容器からの放熱は無視します その上 100℃になるまでは蒸発は無いと仮定します （観念的な表現が多く 仮定せざるを得ません 1リットルの水、10℃、 沸騰し始める温度 有効数字他、定義があいまい過ぎます 物理のジャンルでは 問題が不合格です せいぜい算数の問題です) まず 必要な熱量を求めます（水の量と温度差） 次に 加えなければならない熱量を計算します（必要な熱量/効率) さらに発生する熱が加えなければならない熱量に達する時間を計算しあｍす（熱*時間=熱量） 電力と熱量の関係は 1W・S（1ワットの電力を1秒間）が 1Jです 約4.2Jが 1calです 計算は 3桁で計算し 結果を二桁に四捨五入します （問題文の構成から きちんと説明できれば 一桁でも充分でしょう） 上記が 理解できるまで努力してください 水の量や 温度 ヒータの電力を変えても計算できるようになれば 合格です （暗記問題にしないでください
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- mistery200
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公式を覚えてないと絶対できませんよ。 （１）出力Ｗ＝電圧Ｖ×電流Ｉ より、Ｉ＝１０００Ｗ／１００Ｖ＝１０Ａ 電圧Ｖ＝抵抗Ｒ×電流Ｉより、（オームの法則） Ｒ＝１００Ｖ／１０Ａ＝１０Ω （ａ）直列のとき ２０Ωなので電流Ｉ＝１００／２０＝５Ａ よって出力Ｗ＝１００Ｖ×５Ａ＝５００Ｗ （ｂ）並列のとき 二つのヒーターを使うので２ｋＷ （２）１ｃａｌ＝４．２Ｊ ５００Ｗの８０％は４００Ｗ＝４００Ｊ／ｓ 水の熱容量＝比熱×容積 ＝４．２Ｊ／（ｃｃ・℃）×１０００ｃｃ＝４２００Ｊ／℃ 沸騰は１００℃だから１００℃－１０℃で９０℃上げるのに 必要熱量＝４２００Ｊ／℃×９０℃＝３７８００Ｊ よって時間＝３７８００／４００＝９４．５秒＝１．６分
お礼
なるほど、よくわかりました。 ありがとうございます。
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