《機械》〈電熱〉[H27:問13]各種電気加熱の特徴に関する空欄穴埋問題

【問題】

【難易度】★★☆☆☆（やや易しい）

次の文章は，電気加熱に関する記述である。

電気ストーブの発熱体として石英ガラス管に電熱線を封入したヒータがよく用いられている。この電気ストーブから室内への熱伝達は主に放射と\( \ \fbox {　 （ア） 　} \ \)によって行われる。また，このヒータからの放射は主に\( \ \fbox {　 （イ） 　} \ \)である。

一方，交番電界中に被加熱物を置くことによって被加熱物を加熱することができる。一般に物質は抵抗体，誘電体，磁性体などの性質をもち，被加熱物が誘電体の場合，交番電界中に置かれた被加熱物には交番電流が流れ，被加熱物自身が発熱することによって被加熱物が加熱される。このとき，加熱に寄与するのは交番電流のうち交番電界\( \ \fbox {　 （ウ） 　} \ \)電流成分である。この原理に基づく加熱には\( \ \fbox {　 （エ） 　} \ \)がある。

上記の記述中の空白箇所(ア)，(イ)，(ウ)及び(エ)に当てはまる組合せとして，正しいものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。
\[
\begin{array}{ccccc}
& （ア） & （イ） & （ウ） & （エ） \\
\hline
(1) & 対　流 & 赤外放射 & と同相の & マイクロ波加熱 \\
\hline
(2) & 対　流 & 赤外放射 & に直交する & マイクロ波加熱 \\
\hline
(3) & 対　流 & 可視放射 & に直交する & 誘導加熱 \\
\hline
(4) & 伝　導 & 赤外放射 & と同相の & 誘導加熱 \\
\hline
(5) & 伝　導 & 可視放射 & と同相の & 誘導加熱 \\
\hline
\end{array}
\]

【ワンポイント解説】

マイクロ波加熱の問題です。サウナに行ったことがある方はそれをイメージして解けば，比較的感覚的に解けると思います。サウナの説明書きにも赤外線やマイクロ波等の文字があると思うので，読んでみて下さい。

1.マイクロ波加熱の等価回路
マイクロ波加熱の被加熱物の等価回路は図1のような\( \ \mathrm {RC} \ \)並列回路となり，加熱は図1の抵抗分にかかる電流成分になり，ベクトル図で表すと図2のようになります。

【解答】

解答：(1)
(ア)
ヒータから室内の空気を伝って熱が伝わることを熱対流と言います。熱伝導は物質を伝わって熱が移動する現象で，湯たんぽやカイロ等は熱伝導となります。

(イ)
ヒータからの放射は波長の長い赤外放射で可視光ではありません。

(ウ)
ワンポイント解説の通り，加熱に寄与するのは，抵抗分すなわち電界と同相の電流成分になります。

(エ)
本問の原理に基づく加熱は波長が長く，マイクロメートルオーダーの波長となるのでマイクロ波加熱と言います。