令和7年度下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
機械
熱伝導率に関する問題
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電気炉の壁の外面に垂直に小穴をあけ,温度計を挿入して壁の外面から10 cm と30 cm の箇所で壁の内部温度を測定したところ,それぞれ72 ℃と142 ℃の値が得られた。炉壁の熱伝導率を0.94 W/ (m・K)とすれば,この炉壁からの単位面積当たりの熱損失[W/ m²]の値として,最も近いものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。ただし,壁面に垂直な方向の温度こう配は一定とする。
- 11 490
- 2329
- 3165
- 414.9
- 53.29
答えと解説
✓ これが正解2329
解説
温度こう配350 K/mに熱伝導率0.94を掛けて329 W/m²です。
熱伝導によって壁を通る単位面積あたりの熱流は、q=λ×(温度差)/(距離)(λ は熱伝導率)で求めます。問では壁面に垂直な方向の温度こう配(距離あたりの温度の変化)が一定とされているので、壁の中の2点の温度差とその間の距離から求めることができます。
2点の間の距離は 30-10=20 cm=0.2 m、温度差は 142-72=70 K です。温度こう配は 70/0.2=350 K/m なので、単位面積あたりの熱損失は q=0.94×350=329 W/m² となります。
熱抵抗の考え方で検算します。単位面積あたり厚さ 0.2 m の部分の熱抵抗は 0.2/0.94≒0.213 m²・K/W で、q=70/0.213≒329 W/m² と同じ値になります。
温度差を、その2点の間の距離で割ること、cm を m に直すことの2点を確かめると間違えにくくなります。
ほかの選択肢の解説
- 11 490:1 490 は 70×20/0.94≒1 490 で、熱伝導率で割って距離を掛けるという式の取り違えに加え、距離を cm のまま使った値です。熱流は熱伝導率に比例し、距離に反比例します。
- 3165:165 は 0.94×70/0.4≒165 で、距離を 10 cm と 30 cm の和の 40 cm とした値です。温度差 70 K がある区間の長さは、二つの測定点の差の 20 cm です。
- 414.9:14.9 は 70×0.2/0.94≒14.9 で、熱伝導率で割って距離を掛けた、式の形を逆にした値です。熱損失は熱伝導率に温度差を掛け、距離で割って求めます。
- 53.29:3.29 は 0.94×70/20≒3.29 で、距離を m に直さず cm のまま割った値です。20 cm は 0.2 m なので、正しい値の100分の1になっています。
出典:令和7年度下期第三種電気主任技術者試験 機械 問12(電気技術者試験センター)。1問ずつ解ける形に加工しています(B問題の共通の文と図を小問ごとに複写・図と式を問題冊子から切り出して画像で掲載・1行で書ける式を字に書き直し)。解説は当サイト独自のもので、電気技術者試験センターとは関係ありません。
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