電熱線に電流を流したときの電熱線の発熱について調べるため, 次の実験を行った。 2 MU 図1のように,発泡ポリスチレ 図1 ンのカップの中に2.0Qの電熱線と温 I く愛知県) 【実験) sV 温度計 スイッチ 電源装置 度計を入れ,電圧計,電流計,電源装 置スイッチ,端子A,端子B, 端子C を,クリップと導線で接続した。ただし, 端子Bと端子Cの間には導線Pが接続 端子A 電圧計 ロ 電流計 水平導線P 端子B 発泡ポリスチレンのカップ 電熱線 端子C してある。 I 発泡ポリスチレンのカップの中に室温と同じ温度の水を入れた。 I スイッチを入れ,電圧計の値が5.0Vになるように調 図2 節した。 10 V 水の温度を温度計で測定してから, ストップウォッチ のスタートボタンを押した。 v 発泡ポリスチレンのカップの中の水をかき混ぜなが ら,1分ごとに10分まで水の温度を温度計で測定し 8 水 た。 2 4 6 8 10 経過時間[分] M 次に,発泡ポリスチレンのカップの中の電熱線を,5.0 Qと10.0Qの電熱線に変えて,それぞれの場合について, IIからVまでと同じことを 行った。 ただし,発泡ポリスチレンのカップの中に入れる水の量はすべて同じとした。図2は, 横 軸に経過時間[分]を,縦軸に水の上昇温度 [℃] をとり, 実験の2.0Q, 5.0Ω, 10.0Qの 電熱線を用いた3つの実験のうち, 2つの実験の結果をグラフに表したものである。 実験において,発泡ポリスチレンのカップの中にある電熱線で生じた熱は,すべて水の温 度上昇に使われるものとする。また,すべての熱は発泡ポリスチレンのカップから外部に 逃げないものとする。 00TK D [1] 実験で,2.0Qの電熱線には,何Aの電流が流れているか。小数第1位まで求めよ。 答え [2] 実験の2.0Q, 5.09, 10.0Qの電熱線を用いた3つの実験のうち, 図2に示されていない 残り1つの電熱線を用いた実験結果のグラフを図2にかき加えなさい。 物理編岡 電熱線の発熱量と水の上昇温度に関する問題 の上昇温度C

[2]2-2電熱線から発生する熱量を求める 図2で、傾きが大きいグラフをa, 傾きが小さ いグラフをbとする。水の温度を3℃上げるの に、aは2分,bは10分かかっている。 熱量[J]=電力W]×時間[s] より, 熱量が一 定のとき,電力は時間に反比例するので, 消費 電力は,、aはbの 10分 -5倍 である。 2分 (または、傾きが大きいグラフの消費電力をa [W],傾きが小さいグラフの消費電力を6[W] とすると、熱量[J]=電力 [W] ×時間[s] より, a[W]×(2×60)s=b[W]×(10×60)s 4-10 ;-2-5倍 b オと考えることもできる) 2.00の電熱線の消費電力は, 5.0V×2.5 A=12.5W 5.00の電熱線の消費電力は、 5.0 V×- 5.0V 5.00 -=5.0W 10.00の電熱線の消費電力は, amee 5.0V 5.0V×- 10.00 -=2.5 W 12.5 Wは2.5 Wのちょうど5倍なので,図2の aが2.00の電熱線のグラフ、bが10.00の電 熱線のグラフ。よって, 図2に示されていない のは、5.0Qの電熱線のグラフである。 5.00の電熱線の消費電力は, 10.0Qの電熱線 5.0W 2.5 W の消費電力の テ=2倍 である。 よって、10分後の水の上昇温度は 3℃×2=6C 原点を通り,10分後の水の上昇温度が6℃とな るように直線を引く。