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オームの法則 V=IRより、12V=XA×10Ωが成り立って抵抗が10Ωであるとき1.2Aであると求まる。
熱量はジュール(J)であり、これを求めるにはまずワット(W)を考える必要がある。ここでW=V×Aを用いて12×1.2で14.4Wであると考えられる。これによってこの装置からは１分で14.4W×60秒で864Jの熱量が発生している事がわかる。
今回1gの水を1℃上昇させるには4.2J必要なので、200gの水の場合は840J必要である。
開始1分では水の温度は0.9℃上昇していたため、840×0.9=756Jの熱量が必要である。
ここから756÷864=0.875で約88%が温度の上昇に使われた事がわかる。
２分時点では0分に比べて1.9℃の上昇のため、840×1.9=1596Jの熱量が必要である。
２分時点では装置から発生する熱量は2倍なので864×2=1728Jの熱量が発生している。よって、1596÷1782=0.924で約92%が温度の上昇に利用される。
同様に計算すると3分時点では94%、４分時点では97%、5分時点では95%が利用されています。
値が変動するのは熱が1分あたりで0.9℃〜1.1℃など上昇するのに変動があるからです。
今回は確実性を考えて全ての値を足して5で割って平均として93%としましたが、先生などによっては数値の許容範囲があるので聞いてみることをお勧めします。
本質を理解して計算することも大切です。
1gの水を1℃上昇させるのに4.2Jならば、200gの水を1℃上昇させるのは4.2×200=840Jというわけです。
厳密にいえば 必要な熱量(J)=4.2J×水の量(g)×上昇した温度(℃) で求まりますので、今回は840J=4.2J×200g×1℃です。
なるほど〜！💡
756÷864をするのはどうしてですか？
装置が1分間に出す熱量と、水を0.9℃上昇させるのに必要な熱量を考えます。
装置が出せる熱量を超えて水の温度が上昇することはありません。装置が864Jまで出せるので、840J必要な1.0℃までは上昇させる事ができます。
今回の場合は0.9℃の上昇なので840×0.9=756Jが必要でしたね。そのことから 温度を上昇させた熱量÷発生した熱量=効率 が求まります。
ここは一応解説しておくと百分率の計算ですが、百分率= 比べられる量÷ もとにする量× 100 %なので、今回は比べられる熱量が756、元にする熱量が864というわけです。
ここを逆に計算してしまうと864÷756=1.42…=142%になってしまいます。これでは装置から出ている熱量を超えてしまっておかしいですよね。
理論をイメージしながら解くと非常にわかりやすいですよ
分かりやすくありがとうございます！！
なんで840J必要と分かるのですか？