例題集

熱力学の基礎(7) ヒーター

理解レベル   難易度: ★★
水の比熱$c$を$4.2\,\rm{kJ/(kg\cdot K)}$,蒸発潜熱$r$を$2257\,\rm{kJ/kg}$として次の設問に答えよ. $(1)$ 大気圧のもとで,$20^\circ\rm{C}$の水$5.0\,\rm{kg}$を全て蒸発させるのに必要な熱量$Q$を求めよ. $(2)$ 上の問題において,$0.8\,\rm{kW}$のヒーターを用いて加熱するとして,水がすべて蒸発するまでに要する時間$t$を求めよ.
$(1)$ \[\begin{align} Q_1=mc\Delta T &=5.0×4.2×(100-20)\\&=1680\,\rm{kJ} \end{align} \] \[ \begin{align} Q_2=mr &=5.0×2257\\&=11285\,\rm{kJ} \end{align} \] \[ \therefore Q=Q_1+Q_2=12965\,\rm{kJ} \] $(2)$ \[\begin{align} t=\frac{Q}{P}=\frac{12965\,\rm{kJ}}{0.8\,\rm{kW}}&=16206.25\,\rm{s}\\ &=270\,\rm{min}\\ &=4\,\rm{h}30\,\rm{m} \end{align}\]