問5 エネルギーの有効活用についての説明として適切でないものを,次の1 ~4 の…
(1 ・2 のどちらか1 題を選び解答する) 熱の性質とエネルギーについて,問1 ~問5 に答えよ。 図1 は,熱い紅茶をカップに注いだときの様子を表している。カップに熱い紅茶を注ぐと,紅 茶の温度は少し冷め,カップは熱くなった。しばらくすると,紅茶とカップの温度は同じになっ た。このような状態のとき,紅茶とカップは熱平衡にあるという。 図1 熱平衡になるまでの間,高温の紅茶から低温のカップへ熱が伝わる。高温の物体から低温の物 体へ移る熱の伝わり方には「熱伝導」 「対流」 「熱放射」の3 つがある。次の表はそれぞれの熱の伝わ り方の具体的な例を示すものである。 表 熱の伝わり方 具体的な例 ア 水を入れた鍋を火にかけて温めたところ,鍋の水全体が温かく なった。 イ 熱い飲み物を容器に入れてしばらくすると,直接飲み物に触れて いない容器の外側の表面も温まる。 ウ 太陽の光を浴びて,身体が温かくなった。 容量(比熱)という。単位質量を1 g とした比熱容量(比熱)がc〔J/(g・K)〕の物質からできている 質量m〔g〕の物体の温度をT1〔K〕からT2〔K〕に上昇させるのに必要な熱量Q〔J〕は,次の式で 表される。 Q = mc(T2 - T1) カップの中に質量200 g の飲み物を入れたとき,500 秒の間に飲み物の温度は55 ℃から45 ℃ に低下した。図2 のような電気を利用した器具を用いると,カップに入った飲み物を保温するこ とができる。 図2
問5 エネルギーの有効活用についての説明として適切でないものを,次の1 ~4 のうちから一 つ選べ。
- 1 発光ダイオード(LED)による照明は,点灯中に放出する熱エネルギーが少ないため,白熱電球や蛍光灯と比べて,同じ明るさを得るために消費する電気エネルギーが多い。熱が少ない分、消費する電気エネルギーは少なくて済みます。
- 2 電力は電圧と電流の積で表されるので,一定の電力を送るときは,送電する電圧が大きい方が送電線を流れる電流が小さくなり,送電線の電気抵抗で発生するジュール熱が少なくなる。電圧を上げると電流が小さくなり、ジュール熱が減ります。
- 3 エアコンによる暖房は,電気エネルギーを用いて屋外の熱運動のエネルギーを室内に移すことで室内の温度を上げるため,ジュール熱を利用した暖房に比べて消費する電気エネルギーが少ない。屋外の熱を室内へ移すので、少ない電気エネルギーで済みます。
- 4 近年実用化されたモーターで動く自動車には,減速するときにモーターを発電機として用いて運動エネルギーを電気エネルギーに変えてバッテリーに蓄える回生ブレーキが用いられている。運動エネルギーを電気エネルギーに変えて回収するしくみです。
この問題は問題の図(写真・図・表など)を見て答えます。図はこちらに転載していないため、下の出典のページから公式のPDFをご覧ください。解説だけでも読み取り方が分かるように書いています。
解説
正解は1です。発光ダイオードは、電気エネルギーの多くを光に変えられるため熱として捨てる分が少なく、同じ明るさを得るのに必要な電気エネルギーは白熱電球や蛍光灯より少なくて済みます。1は「多い」としている点が誤りです。2の高電圧での送電、3のエアコンのしくみ、4の回生ブレーキは、いずれも正しい内容です。
出典:文部科学省ホームページ(https://www.mext.go.jp/a_menu/koutou/shiken/kakomon/1411255_00017.htm)を加工して作成