電気加熱13【電験3種 機械】誘導加熱の原理と表皮効果・電流浸透深さの穴埋め問題！平成24年度 A問題12 完全解説

今回は平成24年度 機械科目 A問題12を解説します。誘導加熱の原理（渦電流・ジュール熱）と、表皮効果・電流浸透深さに関する空所補充問題です。★電気加熱12（令和4年度下期A問題12）と同じ誘導加熱・表皮効果というテーマを扱う類題です。

交番磁束中の導電性被加熱物に生じる渦電流によるジュール熱で加熱するのが誘導加熱です。渦電流は表皮効果によって被加熱物の表面付近に集中し、周波数が高いほど電流浸透深さは浅くなるため、深部まで加熱したい場合は周波数を低くする必要があります。

平成24年度 機械科目 A問題12：問題文と選択肢

まずは、実際の試験問題を確認してみましょう。

電験3種 機械科目 【電気加熱】 平成24年度 A問題12

　次の文章は，電気加熱に関する記述である．

　導電性の被加熱物を交番磁束内におくと，被加熱物内に起電力が生じ，渦電流が流れる．（ア）加熱はこの渦電流によって生じるジュール熱によって被加熱物自体が昇温する加熱方式である．抵抗率の（イ）被加熱物は相対的に加熱されにくい．

　また，交番磁束は（ウ）効果によって被加熱物の表面近くに集まるため，渦電流も被加熱物の表面付近に集中する．この電流の表面集中度を示す指標として電流浸透深さが用いられる．電流浸透深さは，交番磁束の周波数が（エ）ほど浅くなる．したがって，被加熱物の深部まで加熱したい場合には，交番磁束の周波数は（オ）方が適している．

　上記の記述中の空白箇所(ア)，(イ)，(ウ)，(エ)及び(オ)に当てはまる組合せとして，正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ．

	（ア）	（イ）	（ウ）	（エ）	（オ）
(1)	誘導	低い	表皮	低い	高い
(2)	誘電	高い	近接	低い	高い
(3)	誘導	低い	表皮	高い	低い
(4)	誘電	高い	表皮	低い	高い
(5)	誘導	高い	近接	高い	低い

出題のポイント：誘導加熱と表皮効果

誘導加熱では、交番磁束が導電性の被加熱物に渦電流を生じさせ、そのジュール熱で被加熱物自体を昇温させます。表皮効果により電流は表面側へ集中し、周波数が高いほど浸透深さは浅くなるため、深部加熱には低い周波数が適します。

ポイント解説：周波数で変わる電流浸透深さ

交番磁束中の導電性被加熱物には渦電流が流れ、そのジュール熱で被加熱物自体が昇温するのが誘導加熱です。抵抗率が低い（＝電気を通しやすい）被加熱物ほど、実は相対的に加熱されにくいという点に注意が必要です。

渦電流は表皮効果によって被加熱物の表面付近に集中し、交番磁束の周波数が高いほどこの集中度（電流浸透深さの浅さ）が強まります。

問題の解説：深部加熱まで因果関係をつなぐ

STEP1　（ア）（イ）加熱方式の名称と抵抗率の関係を確認する

渦電流によるジュール熱で昇温する加熱方式は誘導加熱（ア）。ジュール熱はI²Rに比例するため、抵抗率の低い（イ）被加熱物は相対的に加熱されにくくなります。

STEP2　（ウ）（エ）表皮効果と周波数の関係を確認する

交番磁束が被加熱物の表面近くに集まる現象は表皮効果（ウ）。電流浸透深さは周波数が高い（エ）ほど浅くなります。

STEP3　（オ）深部加熱に適した周波数を確認する

深部まで加熱したい場合は電流浸透深さを深くする必要があるため、周波数は低い（オ）方が適しています。

以上より（ア）誘導（イ）低い（ウ）表皮（エ）高い（オ）低いの組合せである(3)が正解です。

答え：(3)

まとめ

（ア）	誘導
（イ）	低い
（ウ）	表皮
（エ）	高い
（オ）	低い
答え	(3)

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