「電熱」の分野の計算問題の多くは、比熱容量を使う問題か、ヒートポンプの成績係数(COP)を使う問題です。このページでは比熱容量の考え方と計算方法を紹介し、成績係数(COP)についてはこちらのページで扱います。
比熱容量とは、ある物質1[kg]の温度を、1[℃]上げるのに必要な熱量のことです。比熱容量は物質ごとにその数字が決まっていて、例えば水なら4.2×103[J/kg・℃]で、鉄なら0.4×103[J/kg・℃]です。
以上のことを式にすると、以下のようになります。
- Q：熱量 [J]
- c：比熱容量 [J/kg・℃]
- m：物質の重量 [kg]
- θ：上昇温度 [℃]
この式を覚えれば比熱容量については充分ですが、ここからは具体的に計算の仕方を紹介します。
例題
10kgの水を20℃から40℃まで昇温する場合を考えます。このとき、500Wの電熱装置を使うとすると、昇温に掛かる時間はどのくらいでしょうか。ただし、水の比熱容量を4.2×103[J/kg・℃]とします(比熱容量は暗記しなくても、問題文に記載されることが多いです)。
解説
この問題では、まず昇温に必要な熱量を求めます。上で紹介した式を使うと、
となります。
一方、500[W]の電熱装置は1秒間に500[J]の仕事をする(=熱量を与える)ため、この昇温に掛かる時間tは、
となり、答えが28分と出ます。
コメント