《機械》〈電熱〉[H29:問13]誘導加熱に関する論説問題

【問題】

【難易度】★★★☆☆(普通)

誘導加熱に関する記述として,誤っているものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。

(1) 産業用では金属の溶解や金属部分の熱処理などに用いられ,民生用では調理加熱に用いられている。

(2) 金属製の被加熱物を交番磁界内に置くことで発生するジュール熱によって被加熱物自体が発熱する。

(3) 被加熱物の透磁率が高いものほど加熱されやすい。

(4) 被加熱物に印加する交番磁界の周波数が高いほど,被加熱物の内部が加熱されやすい。

(5) 被加熱物として,銅,アルミよりも,鉄,ステンレスの方が加熱されやすい。

【ワンポイント解説】

電熱からの出題は毎年1題程度出題されます。その中で,誘導加熱の問題は数年に1回程度出題されます。

1.誘導加熱
導体を交番磁界の中におくと電磁誘導によって渦電流が発生します。その際,発生する渦電流損で導体は加熱され,これを誘導加熱と言います。磁性体の場合はヒステリシス損も加熱に加わります。誘導加熱による物体への電流浸透の深さ\( \ \delta \ \)は,比透磁率\( \ \mu _{\mathrm {s}} \ \),抵抗率\( \ \rho \ \),導電率\( \ \sigma \ \),周波数\( \ f \ \)とすると,
\[
\begin{eqnarray}
\delta &=&\sqrt {\frac {\rho }{\mu _{\mathrm {s}} f}} \\[ 5pt ] &=&\sqrt {\frac {1}{\mu _{\mathrm {s}} \sigma f}} \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\] となります。

【解答】

解答:(4)
(1)正しい
問題文の通り,誘導加熱は産業用では金属の溶解や金属部分の熱処理などに用いられ,民生用では調理加熱に用いられている。

(2)正しい
問題文の通り,金属製の被加熱物を交番磁界内に置くことで発生するジュール熱によって被加熱物自体が発熱します。

(3)正しい
問題文の通り,被加熱物の透磁率が高いものほど加熱されやすいという特徴があります。

(4)誤り
ワンポイント解説「1.誘導加熱」の通り,浸透深さ\( \ \delta \ \)は,\( \ \displaystyle \delta =\sqrt {\frac {\rho }{\mu _{s} f}}=\sqrt {\frac {1}{\mu _{s} \sigma f}} \ \)の関係があり,周波数が高いほど内部が加熱されにくくなります。

(5)正しい
問題文の通り,被加熱物として,銅,アルミよりも,鉄,ステンレスの方が加熱されやすい特徴があります。