令和6年度上期第三種電気主任技術者試験 機械（電気技術者試験センター）問12

✓ これが正解1(ア) 温度差θ　(イ) 熱流Φ　(ウ) [K/W]　(エ) [J/K]

解説

温度差θ・熱流Φ・[K/W]・[J/K]の組合せです。

熱回路は電気回路と同じ形の式で扱えます。電気回路のオームの法則 I＝V／R に対応して、熱流 Φ＝θ／RT（θ は温度差、RT は熱抵抗）が成り立ちます。電流を流す原動力が電位の差である電圧であるように、熱を流す原動力は温度の差です。よって電圧 V［V］に対応するのは温度差 θ［K］で、(ア)は温度差θ です。

電流 I［A］は1秒あたりに流れる電気量で［C/s］です。これに対応する熱流 Φ は1秒あたりに流れる熱量で、単位は［J/s］＝［W］です。よって(イ)は熱流Φ です。表の単位の欄にも、(ア)は［K］、(イ)は［W］と書かれており、これと合います。

熱抵抗は RT＝θ／Φ なので、単位は［K］÷［W］＝［K/W］となり、(ウ)は［K/W］です。熱容量は、電気の静電容量 C＝Q／V に対応して C＝Q／θ なので、単位は［J］÷［K］＝［J/K］となり、(エ)は［J/K］です。

電圧は温度差、電流は熱流、と対応を先に決めれば、熱抵抗や熱容量の単位は割り算で組み立てられます。

ほかの選択肢の解説

• 2…K/W]：(ア)と(イ)、(ウ)と(エ)がそれぞれ入れ替わっています。表の単位の欄から(ア)は［K］なので温度差、(イ)は［W］なので熱流です。熱抵抗は温度差を熱流で割るので［K/W］になります。
• 3…J] (エ) [J/K]：(ウ)を［K/J］としている点だけが誤りです。熱抵抗は温度差を熱流で割ったもので、熱流の単位は熱量そのものの［J］ではなく、1秒あたりの熱量の［W］です。
• 4…J/W]：4つの空白がすべて誤りです。電圧に対応するのは温度差、電流に対応するのは熱流で、熱抵抗の単位は［K/W］です。［J/W］は熱量を熱流で割った時間の単位［s］になり、熱容量の単位ではありません。
• 5…W] (エ) [J/W]：(エ)を［J/W］としている点だけが誤りです。熱容量は電気量を電圧で割る静電容量に対応し、熱量を温度差で割るので［J/K］です。［J/W］を整理すると秒になり、時間の単位です。