工業高校の電気科の1年生で習う電気基礎１で習う問題

質問

工業高校の電気科の1年生で習う電気基礎１で習う問題なのですが素人の私から見てこの問題は全くわからなく困っています。
6問あるのですが途中式を加えて解説をお願いします。
解説しなくてもいいと思うものはしなくて

おｋですので。。。

1．20Ωの抵抗に5Aの電流を30分流した。このとき発生する熱エネルギーは何ジュールか。また、この熱エネルギーで30℃の水10kgを加熱すると水の温度は何度になるか。ただし熱エネルギーは、すべて水の温度上昇に使われるものとする。

2．許容電流100mW、抵抗1kΩの抵抗器と、許容電流10mW、抵抗100Ωの抵抗器とを直列に接続した回路がある。この回路の許容電流は何ミリアンペアか。

3．直径0.4mmの伝染1kmの抵抗が145Ωあるという。もし、この伝染を引き伸ばして、直径0.2mmの電線をつくるとしたら、その長さおよび抵抗はいくらになるか。ただし、低効率は変わらないものとする。
4．鉄クロム電熱線の抵抗率は、20℃で1.23×10＾-6[Ω・ｍ]、抵抗温度係数α20は2×10＾-4℃＾-1であるという。直径0.4ｍｍ、長さ1ｍのこの電熱線の抵抗は、20℃ではいくらか。また、500℃ではいくらか。

5．抵抗温度係数を利用して、温度を測定する方法を考えよ。

6．電気回路において、接触によって電流を流す器具の例をあげよ。また、接触抵抗が問題になるのはどのよう場合か。

以上6項目です。よろしくお願いします。

回答No.1

EleMech

１．まず消費電力W(W)は、
　W = I^2 ・ R
　　= 5^2 ・ 20
　　= 500(W)

　(J) = (W・s)なので、３０分間の熱量は、
　H = W ・ t
　　= 500 ・ 30 ・ 60
　　= 900(kJ)

　水1(kg)を1(℃)上げるのには1(kcal)必要で、1(kcal)は4.2(kJ)なので、
　H = 4.2 ・ 10^3 ・ m ・ (T2 - T1)
　T2 - T1 = H / (4.2・ 10^3 ・ m )
　T2 = T1 + H / (4.2・ 10^3 ・ m )
　　 = 30 + 900 ・ 10^3 / (4.2 ・ 10 ・ 10^3)
　　 = 51.43 (℃)

２．＞許容電流100mW、抵抗1kΩの抵抗器と、許容電流10mW　とありますが、mAと置き換えます。
　直列では、電流量はどこも同じく流れるので、最小許容電流を示せばよく、
　10mA

３．電線１の導体の体積は、
　C1 = S1 ・ L1
　　 = (d1 / 2)^2 ・ π ・ L1
　　 = (0.4 ・ 10^-3 / 2)^2 ・ π ・ 1000
　　 = 0.04π×10^-3 (m^3)
　電線２の長さは、
　L2 = C1 / S2
　　 = C1 / ((d2 / 2)^2 ・ π)
　　 = 0.04π×10^-3 / ((0.2 ・ 10^-3 / 2)^2 ・π)
　　 = 4000 (m)

　電線の抵抗率は、
　R1 = ρ ・ L1 / S1
　ρ = R1 ・ S1 / L1
　　 = 145 ・ 0.04π×10^-6 / 1000
　　 = 5.8π×10^-9 (Ω・m)
　電線２の抵抗は、
　R2 = ρ ・ L2 / S2
　　 = 5.8π×10^-9 ・ 4000 / (0.01π×10^-6)
　　 = 2320 (Ω)

４．抵抗温度係数α20は2×10＾-4℃＾-1である　とありますが、温度係数に単位はありませんので、2×10＾-4とします。
　２０℃では、抵抗率は変わらないので、
　R20 = ρ ・ L / S
　　　= 1.23×10^-6 ・ 1 / 0.04π×10^-6
　　　= 9.79 (Ω)
　５００℃での電熱線の抵抗は、
　R500 = Rt + α ・ Rt ・ (T - t)
　　　 = Rt ・ (1 + α ・ (T - t)
　　　 = 9.79 ・ (1 + 2×10＾-4 ・ (500 - 20)
　　　 = 10.73 (Ω)

５．抵抗を求める逆なので、
　T = RT - Rt / (α ・ Rt)

６．主にスイッチが挙げられます。
　正常な接触面積、圧力が得られないと、抵抗値が増え、消費電力も増えます。
　W = I^2 ・ R
　消費電力が増えれば、熱量H(J)も増えます。
　H = W ・ t
　故に、熱を持ち、溶断する恐れがあります。