身近な電気と熱の減少に関する記述の正誤問題
- 身近な電気と熱の減少に関する記述には誤りが存在します
- (4)の記述が誤っており、正しくは高電圧にすると送電線で発生する熱を抑制することができる
- 高電圧にすると電圧と抵抗は比例するため、抵抗が大きくなってジュール熱が増加し熱が増えます
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センター物理 正誤問題
身近な電気と熱の減少に関する記述として誤っているものを次の(1)～(4)のうちから一つ選べ (1)電子レンジは食品にマイクロ波を照射することで、食品のなかで熱を発生させて加熱する。 (2)電磁調理機器は電磁誘導により金属製の鍋の底に電流が流れ、それにより熱が生じる (3)電気コードの内部は細い銅線の束からなり銅線の一部が断線すると抵抗が増大して想定を超える熱が発生することがある。 (4)発電所から送電するときに低電圧にすると送電線で発生する熱を抑制することができる。 解説 誤っているのは(4)で正しく直すと発電所から送電するときに高電圧にすると送電線で発生する熱を抑制することができる。 とあったのですが高電圧にすると電圧と抵抗は比例するので抵抗が大きくなってジュール熱が増加して熱が大きくなるんじゃないんですか？ (2)についてもどういう原理になっているのか詳しく教えてください
- arutemawepon
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＞(2)についてもどういう原理になっているのか詳しく教えてください http://kumiko47.exblog.jp/1048065 ↑これ読んで判らなければ高校１年からやり直し。
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- 中村 拓男（@tknakamuri）
- ベストアンサー率35% (674/1896)
>検索はできません 基本的な事項をご存じないという場合、 文献を紹介するしかありません。 アクセス不能ということであれば、 そこから先は面倒みれません。 教科書をみて下さい。
お礼
御返答有難うございます
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問題を解く場合トランス＝変圧器という理解では問題があるんですか？
- 中村 拓男（@tknakamuri）
- ベストアンサー率35% (674/1896)
>トランスって何ですか？ 高校物理の範囲内のはずですが 教科書にのってませんか？ ひょっとして「変圧器」としか教えていない？ もちろんネットにも解説は無数に有ります。 「相互誘導」から「変圧器」にすすむのが吉。
お礼
御返答有難うございます
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検索はできません、NGジャンルではなかったらURLで飛ぶことはできます 変圧器と考えても問題ないんですね？
- gohtraw
- ベストアンサー率54% (1630/2966)
まずは ＞抵抗一定で電圧を上げると電流は下がりますね となってしまう事の方を気にしようか。 ＞抵抗が一定とかは関係ないって事ですか？ 一定の電力Ｗを送り届ける場合、 Ｗ＝ＥＩ そしてＩ＝Ｅ／Ｒであるから Ｗ＝Ｅ＾２／Ｒ これを変形すると Ｒ＝Ｅ＾２／Ｗ ここでＷは一定だから、ＲはＥ＾２に比例する。 つまり、Ｅを大きくすることにより、Ｒが大きくてもいい、 言い換えると送電線が細くてもいいということ。 これは送電線が軽くなるということであり、従って 送電線を支える支柱の強度も小さくて済む。 つまり高電圧化により、送電に伴うロス低減以外にも いいことがある。
お礼
御返答有難うございます
補足
(4)の原理についても是非宜しくお願いします
- 中村 拓男（@tknakamuri）
- ベストアンサー率35% (674/1896)
(4)だけ。 発電所から家庭まで同じ電圧で送電するわけではありません。 家庭では 100V ですから、トランスで電圧を調整して(落として)使います。 だから、送電側で電圧を上げるということは、後で電圧を下げる比率を大きくすることでも あります。そうすると、末端では同じ電圧なので、同じ負荷なら同じ電力を消費する ことになります。 送電側では、電力は 電圧X電流、ですから、送電電力が変わらないなら、 高電圧の方が、電流を小さいということになります。 送電線で発生する熱は電流で決まるので、高電圧のほうが熱が少ないことになります。 以下余談 電気の初歩的な知識ですが、トランスで電圧を 1/n 倍に落とすと、 低圧側では 電流は n 倍になり、トランスから見た負荷の抵抗は n^2 倍に見えます。 1000V をトランスで 100V に落とし、その先に 100オームの負荷を接続すると、抵抗には 1A 電流が流れ、1000V 側の電流は 0.1A になります。つまり高圧側から見ると 1000V / 0.1A = 10000オームに見えます。 2000V をトランスで 100V に落とし、その先に 100オームの負荷を接続すると、抵抗には 1A 電流が流れ、2000V 側の電流は 0.05A になります。つまり高圧側から見ると 2000V / 0.05A = 40000オームに見えます。 このように、高圧を使うということは、高圧から見た負荷の抵抗が大きくなるということなのです。 その結果電流が減るともいえます。 実際には高圧用の機器は金がかかるので、必要に応じて複数の変電所で電圧を何段階も 変更しています。発電時は数十キロボルト程度だった電圧は数百キロボルト レベルまで引き上げられて長距離を送電され、中間の変電所や配電変電所、柱上トランスを経て、 徐々に電圧が下げられ、家庭に届きます。
お礼
御返答有難うございます
補足
>電気の初歩的な知識ですが、トランスで電圧を 1/n 倍に落とすと、 >低圧側では 電流は n 倍になり、トランスから見た負荷の抵抗は n^2 倍に見えます。 トランスって何ですか？、負荷の抵抗がn^2倍に見えるのは何故ですか？V=RIやRI^2から考えても抵抗が2乗になるような状況が分かりません >1000V をトランスで 100V に落とし、その先に 100オームの負荷を接続すると、抵抗に>は1A 電流が流れ、1000V 側の電流は 0.1A になります。つまり高圧側から見ると >1000V / 0.1A = 10000オームに見えます。 1000V側の電流が0.1Aになるってどういう事なんですか？抵抗には1Aの電流が流れるのではないんですか？
- CC_T
- ベストアンサー率47% (1038/2201)
電流が一定の強さで流れているときを直流と言い、周期的に変動しているときを交流と言うってのは小学校で習うんじゃなかったっけか。 ちなみに一般家庭のコンセントには東日本では50Hz、西日本では60Hzの正弦波形の交流の電気がきてます。 50Hzってのは1秒間に50個の波があるってこと。0.02秒で１波長分ですね。 詳細は http://www.tdk.co.jp/news_center/publications/power_electronics_world/pdf/aaa70603.pdf http://www.yamabishi.co.jp/knowledge/acdc.htm あたりを見て貰いましょうかね。 ちなみに家庭用コンセントが交流である理由は、交流は簡単な変圧器で電圧変換が容易なので、高電圧で送る事で送電ロスを少なくするためです。 ＞導体の内部でわっか状の電流が流れる原理が良く分かりません リンク先にもありますが、磁石をコイルに近づけるとコイルに電流が流れるって習いませんでしたか？ あれはコイルのように何周も巻かなくても、指輪のように１巻きでも同じなんです。 「鍋」なんかは指輪の中の穴が埋まっただけのことと見て。
お礼
御返答有難うございます
補足
1枚目のリンクは引っかかって見れません、鍋底にコイルが入っていて鍋に向かって上向きに磁場が発生するようにコイルに交流電流を流すんですね、そうする事で電流の周りに磁場ができて、それが渦状になってるって話ですね？渦状った方が熱が発生しやすいというのは何か理屈があるんですか？
- gohtraw
- ベストアンサー率54% (1630/2966)
＞抵抗一定で電圧を上げると電流は下がりますね いや、おかしいだろ。オームの法則 E=IRでRが一定のとき、 Eの増加によってどうしてIが減少する？ 選択肢（４）に関しては明記されていないが前提が必要。 それは、電力が一定ということ。送電の目的はある決まった 大きさの電力を届けることなので、その目的において電圧が 高い方がいいのか、低い方がいいのかという問いだ。 電力は電圧と電流の積だから、電力が一定の条件下では 高電圧の方が低電流で済み、送電線での発熱も少なくて済む というわけ。
お礼
御返答有難うございます
補足
では抵抗が一定とかは関係ないって事ですか？電力が一定と言う事が重要で電圧が大きくなれば電流が小さくなるって事で解決と言う問題なのですか？
- CC_T
- ベストアンサー率47% (1038/2201)
そんな実用ワードの検索にまで制限掛かってるものかね。 さて、２について補足。 話は中学校の理科の実験まで遡る。 「導体を貫通する磁界の強度が変化すると、導体にはその磁界の変化に逆らう向きに電流が流れる。」これはレンツの法則。例えば導体に磁石のN極を近づけていくと。導体側にもN極が現れて磁石の接近を阻む形になる（もちろん単極子ではなく、導体の反対側はS極になる）。 で、導体に磁界が生じるということはそこに電流が流れるという事を示しており、それは発電機の原理でもある。ちなみに流れる電流の向きと生じる磁力の向きの関係は右ネジの法則で学んだはずですね。 思い出せなければ今のうちにファラデーの電磁誘導の法則を合わせて復習すると良い。 さて、電磁調理器は、盤面の下に電磁石が入っている。電磁石には交流が流される。 つまり磁界の向きは電流の周波数に従ってめまぐるしく変わるわけで、その変化に応じてその上に置かれた導体には磁界が発生、つまり導体の内部で輪っか状に電流が流れる。これが渦電流。 そして導体には抵抗があるもので、流れる電流の二乗に比例した発熱を生じ、めでたく調理に使えるわけです。 鉄の特性に合わせて電磁石が設計されているので、抵抗値も小さい銅やアルミの鍋では十分な発熱が得られないし、導体ではない普通の土鍋なんかだとそもそも発熱する道理もありません。 なお、この電磁誘導という現象は、非接触式のＩＣカードや盗難防止用タグ、充電器といったものに利用されているし、「フリーエネルギー」のイカサマ実演でもよく利用されてます。
お礼
御返答有難うございます
補足
>実用ワードの検索にまで制限掛かってるものかね。 検索自体ができなくなっています、貼っていただいたurlがNGワードやジャンルに引っかからなければ飛ぶことはできます。 >電磁調理器は、盤面の下に電磁石が入っている。電磁石には交流が流される。 >つまり磁界の向きは電流の周波数に従ってめまぐるしく変わるわけで、その変化に応じて>その上に置かれた導体には磁界が発生、つまり導体の内部で輪っか状に電流が流れる。こ>れが渦電流。 電流の周波数と言うのはどういう事ですか？電流も波みたいに振動数とかあるんですか？ 宜しければ図をお願いできますか？導体の内部でわっか状の電流が流れる原理が良く分かりません
- kamobedanjoh
- ベストアンサー率27% (1021/3686)
NO.２です。 渦電流については、電磁誘導の基礎から学んで下さい。 身近な応用例から説明してみましょう。 トランス（変圧器）の変換効率を良くする為に、鉄心が使用されていることはご存知と思います。これは、鉄芯に磁界を強める働きが有るためです。ところが、規定以上の電流を流し続けると、トランスが焼けるという現象が起き、場合によっては出火原因となる事も有ります。それは、鉄芯に渦電流が発生し、ジュール熱で過熱されるためです。小電力家電の電源装置が少し熱くなったりしていることに、気づいたことは有りませんか。 この様な無駄な熱を生む主な原因が、鉄芯に生じる渦電流です。専門的には「渦流損」と呼びます。 IHヒーターでは、通常は損失と見なされる渦電流を利用して、加熱装置としているのです。 ６０年以上も前に工業高校で学んだ知識ですから、計算式などはスッカリ忘却の彼方です。
お礼
御返答有難うございます
補足
>トランス（変圧器）の変換効率を良くする為に、鉄心が使用されていることはご存知と思い>ます。 いえ、知らなかったです >この様な無駄な熱を生む主な原因が、鉄芯に生じる渦電流です 渦上にする事で通常より大きな熱が発生しやすいと言う事ですか？
- kamobedanjoh
- ベストアンサー率27% (1021/3686)
１．高電圧にすると電圧と抵抗は比例するので抵抗が大きくなってジュール熱が増加して熱が大きくなるんじゃないんですか？ 電圧と抵抗が比例することは有りません。導電線の電気抵抗は金属の種類によって固有であり、太さと長さで決まります。電圧に比例するのは電流です。 一方送る電力は電圧と電流の積、または電流値の自乗と抵抗値の積で計算されます。従って電圧を高めることで送電能力が増え、少ない電流で大電力が送れます。電流を小さくすれば、送電線のジュール熱損失も小さく抑えられます。 そのため高圧送電線には、数十万ボルトもの高圧が掛けられています。一般家庭へは何段階もの変電所やトランスを通じて100ボルトが配電されていますが、感電や漏電による事故を防ぐための低電圧化です。 ２．電磁誘導により金属製の鍋の底に「渦電流」が発生し、それが鍋の抵抗値に反映して熱エネルギーに転換されるのです。磁気反応の低い銅製の鍋では、強い発熱が期待出来ません。アルミ鍋も磁化率は少ない方です。 磁化率の最も大きい鉄鍋の使用が理想的です。
お礼
御返答有難うございます
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有難うございます、2についての説明がまだ良く分からないのですが、電磁誘導で何で鍋の底に渦電流が発生するんですか？
- CC_T
- ベストアンサー率47% (1038/2201)
>高電圧にすると電圧と抵抗は比例するので抵抗が大きくなって >ジュール熱が増加して熱が大きくなるんじゃないんですか？ 抵抗は送電線固有の値だ。 電線の温度で抵抗値変化こそすれど、かかっている電圧で抵抗が変わるならそもそもオームの法則が成り立つはずもないぞ。 そういうわけで抵抗値は一定と考えて、オームの法則に則って電圧を高くすると電流はどうなる？ 発熱量は抵抗値×電流の２乗で求められる。 そういうことだ。 ２については「電磁調理機器 原理」を検索するとよい。
お礼
御返答有難うございます
補足
有難うございます、抵抗一定で電圧を上げると電流は下がりますね、発熱量は電流の2乗が掛かるので、下がりますね 検索は制限が掛かっているので宜しければ言葉か図で説明していただけると助かります
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御返答有難うございます
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では鍋底の下に磁場が鍋底を上に貫くような磁場が発生するようにコイルを置いて電流を流しているんですね、鍋底を上に貫く磁場の周りに渦上の電流が流れるてわけですか？