【動画電験合格】電験三種機械演習編電気加熱・電気化学ヒートポンプについて述べた次の文のうち,( )内で正しい語句に○をつけ,空欄に適する式をかけ。

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電験三種　演習　機械７

問題と解答

問題１

加熱方式について,以下の表の下線部に適する語句を答え,下記のア～キの項目を加熱方式の説明欄に振り分けよ。

加熱方式	加熱原理	説明
抵抗加熱	抵抗体のを利用
アーク加熱	アークによる発熱を利用
誘導加熱	導電体の交番磁界による損やヒステリシス損を利用
誘電加熱	絶縁体に交流電界を与えたときの損の利用
赤外加熱	赤外放射による加熱

【項目】ア.黒鉛化炉やカーボランダム炉などがある。イ.塩浴炉やクリプトール炉などがある。ウ.エルー炉やカーバイド炉などがあり,大容量になるとフリッカの問題が生じる。エ.揺動式アーク炉などがあり,主に銅または銅合金,軽合金の溶解に利用される。オ.被熱物の抵抗率が小さいと内部が加熱されにくく表層部だけが加熱される。カ.導電体の加熱は可能だが,絶縁体の加熱には適さない。キ.電子レンジの加熱原理に応用されている。

問題２

ヒートポンプについて述べた次の文のうち,( )内で正しい語句に○をつけ,空欄に適する式をかけ。

ヒートポンプとは,(高・低)温熱源から熱を吸収して(高・低)温熱源へ熱を放出する装置である。
熱交換器で吸収した熱量をQ1[J],放熱した熱量をQ2[J],ヒートポンプの消費電力量をW[J]とすると,

Q1 Q2 冷却サイクル(冷房運転)の成績係数(COP)は,( ・ )と表され, 加熱サイクル(暖房運転)の成績係数(COP)は,( ^Q¹ ・ ^Q² )と表される。また,Q1,Q2,Wの関係式は, ｋと表される。

高温部と低温部の温度差が(小さい・大きい)ほど効率は良くなる。

問題３

直径20[cm],長さ3[m]の円柱状の物体がある。その一端Aの温度を200℃とするとき,温度100℃の他端Bへ１時間につき200[kJ]の熱が伝わった。このときの熱流をI1[W]とする。また,Bは空気と接触しており,気温は20℃に保たれている。Bの温度は100℃で一定とし,空気の流速は一定であるとする。このとき,以下の① ～⑤の値を求めよ。

AからBへの熱流I1
AからBへの熱抵抗R
AからBへの熱伝導率λ[W/(m・K)]
Bから空気への熱伝達係数h[W/(m²・K)]
Bから空気への表面熱抵抗[K/W]

問題４

誘導炉より 1[t]の鋳鋼を通電後 40 分で溶解する。鋳鋼の初期の温度を 20℃,融点を 1535℃,比熱を0.67[kJ/kg・K],融解熱は314[kJ/kg],炉の効率を75%とする。このとき,電気炉の所要電力[kW]を求めよ。

問題５

一次電池に関する以下の表を完成させよ。

	正極活物質	電解質(液)	負極活物質	公称電圧
マンガン乾電池
アルカリ乾電池
リチウム乾電池

問題６

(１)鉛蓄電池について述べた以下の文のうち,( )内の語句の正しいものをそれぞれ選べ。

Pbを(正・負)極に,PbO2を(正・負)極とし,電解液として希(塩酸・硫酸)を使用する。
放電すると,負極では(酸化・還元)反応,正極では(酸化・還元)反応が起こる。
放電すると,電解液の比重は(小さく・大きく)なる。
鉛蓄電池は,(一次・二次)電池であり,充電は(可能・不可能)である。
鉛蓄電池の公称電圧は約(１・２・３)Vである。

(２)鉛蓄電池を放電させたところ,２時間でPb極板の23［g］を消費した。このとき,流れた電流［A］の平均値を求めよ。ただし,Pbの原子量を207,ファラデー定数を96500［C/mol］とする。

問題７

ニッケルカドミウム電池について,以下の空欄に適する語句および数値を答えよ。ニッケルカドミウム電池では,正極に ,負極に ,電解液に水溶液を用いている。公称電圧は 1.2~1.25 ［V］であり,自己放電が少なく,サルフェーション現象もないので,保守が容易である。いま,この電池のカドミウムが11.2g放電したとき,得られる電気量の値は［A・h］となる。ただし,ニッケルの原子量を112とし,電流効率は１,ファラデー定数は26.8［A・h/mol］とする。

問題８

食塩水の電気分解について,以下の問いに答えよ。 (１)食塩水を電気分解するとき,陽極,陰極で発生する気体をそれぞれ答えよ。 (２)食塩水を電気分解するときの主生成物は何か。 (３)十分な濃度のある食塩水を一定電流2Aで40分間電気分解すると,陽極・陰極から発生する気体の体積[L]の合計は標準状態でいくらか。ただし,電流効率は100%とする。