問5 電熱線のように電気抵抗のある物質に電流が流れると，電気エネルギーが変換され…
（1 ・2 のどちらか1 題を選び解答する） 熱について，問1 ～問5 に答えよ。 図のように，下端を閉じた銅製の管の中に少量の水を入れて台に固定した木材に差し込み，管 に巻きつけた太くて軽いひもの両端を人の手で交互に引いて，管の側面を強くこすると管と管の 中に入れた水の温度が上昇した。 管を差し込む木材 木材を台に固定する器具 （少量の水が入っている） 図
問5 電熱線のように電気抵抗のある物質に電流が流れると，電気エネルギーが変換されて熱が 発生する。抵抗値0．75 Ω の電熱線に1．5 V の電圧で電流を流して，600 J の熱を発生させる までにかかる時間として正しいものを，次の1 ～4 のうちから一つ選べ。
- 1 120 秒電力を5Wとしてしまった場合に出る値です。1.5の2乗を0.75で割ると3Wになります。
- 2 150 秒電力を4Wとしてしまった場合の値です。電圧を2乗してから抵抗で割ります。
- 3 200 秒電力は1.5×1.5÷0.75＝3Wなので、600Jを出すには600÷3＝200秒かかります。
- 4 240 秒電力を2.5Wとしてしまった場合の値です。計算し直すと3Wになります。
解説
正解は3です。まず電熱線が1秒あたりに出す熱量、つまり電力を求めます。電力は電圧の2乗を抵抗で割って求められるので、1.5×1.5÷0.75＝3Wです。次に、600Jの熱を出すのに必要な時間を求めます。1秒あたり3Jずつ発生するので、600÷3＝200秒となります。電力を求めるとき、電圧をそのまま抵抗で割ると電流になってしまうので、2乗することを忘れないようにしましょう。単位のWは1秒あたりのJを表しています。
出典：文部科学省ホームページ（https://www.mext.go.jp/a_menu/koutou/shiken/kakomon/1411255_00009.htm）を加工して作成