消費電力800Wの電気ポットに20℃の水を500g入れ、100℃にするには何秒かかるかを求める問題です。ただし、消費電力はすべて水の温度上昇に使われるものとし、水の比熱は4.2 J/g・Kとします。答えは(1) × 10^(2) sの形で求め、有効数字は2桁とします。

応用数学熱力学エネルギー電力物理
2025/3/27

1. 問題の内容

消費電力800Wの電気ポットに20℃の水を500g入れ、100℃にするには何秒かかるかを求める問題です。ただし、消費電力はすべて水の温度上昇に使われるものとし、水の比熱は4.2 J/g・Kとします。答えは(1) × 10^(2) sの形で求め、有効数字は2桁とします。

2. 解き方の手順

まず、水の温度を上昇させるために必要な熱量を計算します。熱量 QQ は以下の式で求められます。
Q=mcΔTQ = mc\Delta T
ここで、mm は水の質量 (500g)、cc は水の比熱 (4.2 J/g・K)、ΔT\Delta T は温度変化 (100℃ - 20℃ = 80℃) です。
Q=500×4.2×80=168000JQ = 500 \times 4.2 \times 80 = 168000 J
次に、電気ポットの消費電力(800W)を使って、この熱量を供給するのにかかる時間を計算します。電力 PP (W) は単位時間あたりに供給されるエネルギー (J) なので、時間 tt (秒) は以下の式で求められます。
t=QPt = \frac{Q}{P}
t=168000800=210st = \frac{168000}{800} = 210 s
最後に、答えを(1)×10^(2)の形にするために、計算結果を書き換えます。
t=2.1×100=2.1×102t = 2.1 \times 100 = 2.1 \times 10^{2}

3. 最終的な答え

(1) 2.1
(2) 2

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