電気加熱20【電験3種 機械】電気系と熱系の対応表(温度差・熱流・熱抵抗・熱容量)の穴埋め問題(電気加熱19の再出題)!令和2年度 A問題13 完全解説

電験3種 機械科目【電気加熱】令和2年度 A問題13 電気系と熱系の対応表(論説・空所補充)

今回は令和2年度 機械科目 A問題13を解説します。電圧・電流・電気抵抗・静電容量といった電気系の量と、温度差・熱流・熱抵抗・熱容量という熱系の量の対応表を完成させる空所補充問題です。★電気加熱19(令和6年度上期A問題12)と問題文・対応表が完全に同一の再出題で、選択肢の並び順のみが異なります。

電気加熱19と全く同じロジックで解けます。電圧↔温度差θ、電流↔熱流Φ、電気抵抗↔熱抵抗〔K/W〕、静電容量↔熱容量〔J/K〕という対応関係を整理すれば、選択肢の並びが変わっても迷わず正解にたどり着けます。

🔁 この問題は繰り返し出題されています
ほぼ同じ問題が 【機械】令和6年度上期A問題12 でも出題されています。出題パターンが固定なので、セットで解けば確実な得点源になります。
目次

令和2年度 機械科目 A問題13: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 令和2年度 A問題13 問題文
令和2年度 機械科目 A問題13 問題文

電験3種 機械科目 【電気加熱】 令和2年度 A問題13

 熱の伝導は電気の伝導によく似ている.下記は,電気系の量と熱系の量の対応表である.

 電気系の量:電圧V〔V〕,電気量Q〔C〕,電流I〔A〕,導電率σ〔S/m〕,電気抵抗R〔Ω〕,静電容量C〔F〕。熱系の量:(ア)〔K〕,熱量Q〔J〕,(イ)〔W〕,熱伝導率λ〔W/(m・K)〕,熱抵抗R_T(ウ),熱容量C(エ)。

 上記の記述中の空白箇所(ア)〜(エ)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)
(1)熱流Φ温度差θ〔J/K〕〔K/W〕
(2)温度差θ熱流Φ〔K/W〕〔J/K〕
(3)温度差θ熱流Φ〔K/J〕〔J/K〕
(4)熱流Φ温度差θ〔J/K〕〔J/W〕
(5)温度差θ熱流Φ〔K/W〕〔J/W〕

出題のポイント:電気系と熱系の六つの対応

電圧と温度差、電気量と熱量、電流と熱流など電気系と熱系の六つの対応を示す表
電気と熱の対応を六つの組で整理すると、空欄を順序どおり判断できます。

電圧は温度差、電流は熱流に対応します。電気のV=RIと熱のθ=R_TΦ、電気のQ=CVと熱のQ=Cθを並べれば、熱抵抗K/Wと熱容量J/Kの単位も式から導けます。本問ではこの並びが選択肢(2)です。

ポイント解説:関係式から単位を導く

オームの法則と容量の式を電気系と熱系で比較し熱抵抗K毎Wと熱容量J毎Kを導く図
θ=R_TΦからK/W、Q=CθからJ/Kを導きます。

電気加熱19(令和6年度上期A問題12)と問題文・対応表が完全に同一の再出題です。選択肢の並び順のみが異なるため、内容を丸暗記せず対応関係のロジックから導けるようにしておくことが大切です。

電圧↔温度差θ、電流↔熱流Φ、電気抵抗↔熱抵抗〔K/W〕、静電容量↔熱容量〔J/K〕という対応を、オームの法則の形から毎回導出しましょう。

問題の解説:選択肢の順序を確認する

温度差、熱流、K毎W、J毎Kの四空欄を順に確定し本問の答え2を示す図
同じ内容の再出題でも選択肢の順序が異なり、本問の答えは(2)です。

STEP1 (ア)(イ)電圧・電流に対応する熱系の量を確認する

電圧に対応するのは温度差θ(ア)〔K〕、電流に対応するのは熱流Φ(イ)〔W〕です。

STEP2 (ウ)熱抵抗の単位を導く

熱のオームの法則θ=R_TΦより、熱抵抗の単位は〔K/W〕(ウ)です。

STEP3 (エ)熱容量の単位を導き、選択肢の並びに注意して選ぶ

熱容量の式Q=Cθより、単位は〔J/K〕(エ)です。

(ア)温度差θ(イ)熱流Φ(ウ)〔K/W〕(エ)〔J/K〕の組合せですが、本問では選択肢(2)に配置されています(電気加熱19では同じ内容が(1)でした)。

答え:(2)

💡 覚え方
電気加熱19と同一問題。電圧↔温度差θ、電流↔熱流Φ、熱抵抗〔K/W〕、熱容量〔J/K〕。数値は同じでも選択肢の順序が違うので必ず内容を確認する。

⚠️ よくある間違い
電気加熱19の答え番号(1)をそのまま覚えて選ばない。本問では並びが変わり正解は(2)になる。

まとめ

(ア)温度差θ
(イ)熱流Φ
(ウ)〔K/W〕
(エ)〔J/K〕
答え(2)

▼あわせて解きたい関連問題
・電気系と熱系の対応表:【機械】令和6年度上期A問題12
・対流による熱伝達係数と表面熱抵抗率の穴埋め問題:【機械】平成18年度A問題11

📚 次に解くべき関連問題
【機械】平成18年度A問題11(電気加熱22)
【機械】平成25年度B問題17(電気加熱5)
【機械】平成21年度B問題17(電気加熱9)
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