2級管工事施工管理技士 過去問
令和5年度(2023年)後期
問4 (ユニットA 問4)

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問題

2級管工事施工管理技士試験 令和5年度(2023年)後期 問4(ユニットA 問4) (訂正依頼・報告はこちら)

伝熱に関する記述のうち、適当でないものはどれか。
  • 熱伝導とは、物体の内部において、温度の高い方から低い方に熱が伝わる現象をいう。
  • 固体壁とこれに接する流体間の熱伝達量は、固体表面と流体の温度差に反比例する。
  • 熱伝導率は材料固有のものであり、熱の伝わりやすさの度合いを示すものである。
  • 熱は、低温の物体から高温の物体へ自然に移ることはない。

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この過去問の解説 (2件)

01

伝熱に関する問題です。

選択肢1. 熱伝導とは、物体の内部において、温度の高い方から低い方に熱が伝わる現象をいう。

問題文の内容通りです

 

熱伝導は、異なる温度の物体が隣接するときに、物質の移動無しで、高温の物質から低温の物質に熱エネルギーが伝わる熱移動現象です。

選択肢2. 固体壁とこれに接する流体間の熱伝達量は、固体表面と流体の温度差に反比例する。

固体壁とこれに接する流体間の熱伝達量は、固体表面と流体の温度差に比例する

 

固体壁とこれに接する流体間の伝熱は、対流の他にも放射や伝導など複雑な熱移動現象で、この熱移動を一括として扱うのが、熱伝達です。

熱伝達は、次の式で表されます。

Q=α・(θ-t)・A・τ

Q:熱伝達量、α:熱伝達率、θ:固体表面温度、t:周囲流体温度、(θ-t):温度差

A:固体表面積、τ:時間

選択肢3. 熱伝導率は材料固有のものであり、熱の伝わりやすさの度合いを示すものである。

問題文の内容通りです

 

熱伝導を式で表すと、以下のようになります。

Q=λ・((θ1-θ2)/d)・A・τ

Q:壁を通して流れる熱量、λ:熱伝導率、d:壁の厚さ、A:壁表面積、τ:時間

θ1:高温側の壁面温度、θ2:低温側の壁面温度、(θ1-θ2)/d:温度勾配

 

熱伝導率λは、壁の材料固有の定数で、熱の流れやすさの度合いを示すと同時に、材料内部の状態によっても変わります。

選択肢4. 熱は、低温の物体から高温の物体へ自然に移ることはない。

問題文の内容通りです

 

熱力学の第2法則は、以下のような法則です。

1) 熱は、低温度の物体から高温度の物体に、自然に移ることはない。(クラジウス原理)

2) 一様な温度の熱源から採った熱を、それ以外に何の変化も残さずに、全部を仕事に変えることはできない。(トムソン原理)

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02

伝熱の基本は「伝導・対流(熱伝達)・放射」の3つですが、

この問題では特に

 

・熱伝導=物体内部でのじわじわした熱の移動

・熱伝達量Qは温度差に比例(反比例ではない)

・熱伝導率λは材料固有の“熱の伝わりやすさ”

・熱は自然には高温 → 低温へしか流れない(熱力学第2法則)

 

この4点を押さえましょう。

選択肢1. 熱伝導とは、物体の内部において、温度の高い方から低い方に熱が伝わる現象をいう。

熱伝導とは、物体の内部において、温度の高い方から低い方に熱

が伝わる現象をいう。
 

・熱伝導は、物質の移動を伴わず、

・分子・電子などの振動によって

 物体の内部で
 高温部 → 低温部 へ熱が伝わる現象です。

 

金属棒の片側を加熱すると、反対側がじわじわ温かくなる、

状態をイメージしてみましょう。

選択肢2. 固体壁とこれに接する流体間の熱伝達量は、固体表面と流体の温度差に反比例する。

固体壁とこれに接する流体間の熱伝達量は、固体表面と流体の温度差

に反比例する。
 

対流による熱伝達量Qは、

Q = α A (θ − t)

で表され、温度差に比例 します。

 

温度差が大きい → それだけ多くの熱が移動

「反比例」としているのは誤り

 

「温度差が大きいほど熱がよく伝わる=比例」と覚えましょう。

選択肢3. 熱伝導率は材料固有のものであり、熱の伝わりやすさの度合いを示すものである。

熱伝導率は材料固有のものであり、熱の伝わりやすさの度合いを

示すものである。
 

熱伝導率λは材料固有の物性値で、

 

λ大:熱をよく通す(銅・アルミなど金属)
λ小:断熱性が高い(グラスウール・発泡ウレタンなど)

という「熱の伝わりやすさ」を表す指標です。


式としては、

Q = λ A (θ₁ − θ₂) / d

で表現されます。

選択肢4. 熱は、低温の物体から高温の物体へ自然に移ることはない。

熱は、低温の物体から高温の物体へ自然に移ることはない。
 

これは熱力学第2法則(クラジウスの原理)をそのまま述べたものです。

・自然状態では 高温 → 低温 にしか流れない

・低温 → 高温 へ移すには、

 ヒートポンプや冷蔵庫のように外部からの仕事(電力など)が必要

 

「冷蔵庫は“電気”で熱を無理に逆流させている」と

 イメージすると覚えやすいです。

まとめ

・熱伝導:物体内部で高温 → 低温へじわじわ移動

・熱伝達量:温度差に比例(反比例ではない)

・熱伝導率λ:材料固有の“熱の通りやすさ”

・熱の自然な流れ:高温 → 低温のみ

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