二級ボイラー技士の過去問
令和4年10月公表
ボイラーの構造に関する知識 問1
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問題
二級ボイラー技士試験 令和4年10月公表 ボイラーの構造に関する知識 問1 （訂正依頼・報告はこちら）
熱及び蒸気について、誤っているものは次のうちどれか。
- 水、蒸気などの1kg当たりの全熱量を比エンタルピという。
- 水の温度は、沸騰を開始してから全部の水が蒸気になるまで一定である。
- 飽和水の比エンタルピは、圧力が高くなるほど大きくなる。
- 飽和蒸気の比体積は、圧力が高くなるほど大きくなる。
- 飽和水の潜熱は、圧力が高くなるほど小さくなり、臨界圧力に達するとゼロになる。
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この過去問の解説 （3件）
01
この問題は、熱と蒸気に関する基礎的な知識問題です。
以下では簡単に用語の解説をします。
高温の物体から低温の物体へ、逆の場合もありますが、熱が伝わるときの熱の量を熱量と言います。熱が伝わるわけですが、物質によっては早く伝わるときと遅く伝わるときがあり、温度を1℃伝える熱量をその物体の比熱と言います。
物体が持っている熱量を、エンタルピと言います。単位重量1kgのものを単位温度1℃上げるエンタルピを、比エンタルピと言います。
ボイラーでは水に熱を加えて蒸気を発生させますが、0℃の水に熱量を加えると(燃焼させて熱量を発生します)、水は100℃まで上昇した後に沸騰を始め、蒸気に変化します。この沸騰に達した温度を飽和温度と言います。この飽和温度は高い圧力を加えると、上昇します。
潜熱と顕熱について簡単に解説します。
水に熱を加えて0℃から100℃まで上昇するとき、水に加えた熱量は温度変化という目に見える形で現れます。これを顕熱と言います。100℃に達した水に熱を加えると、蒸気という状態に変化して目に見えない形で蒸気に熱量を蓄えます。これを潜熱と言います。
正しいです。解説でも述べたとおりです。
正しいです。このときの熱量が潜熱です。
正しいです。圧力が高くなると飽和温度が上がるため、飽和水の比エンタルピが大きくなります。蒸気温度と比エンタルピの関係を表した図を参考書などで見れば分かります。
誤りです。圧力が高くなると体積が小さくなるため、比体積は小さくなります。気体を加圧すれば、容量が小さくなることと同じです。
正しいです。水の蒸発熱は潜熱でもあり、圧力が高くなるほど水の蒸発熱は小さくなり、潜熱は低下します。臨界圧力になると、飽和水と飽和蒸気の飽和温度が同じになり、臨界点と言います。
ボイラー試験で、始めの10問は「ボイラーの構造に関する知識」の問題になります。その1番目にはほとんどが、熱に関する基礎知識の問題が出ます。計算も出るときがありますので、基本的な数値は覚えておいた方が良いでしょう。
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02
【同一テーマでの出題回数】★★（H27/4～R4/4公表分）
ボイラーのように水を加熱し蒸気を発生させることで可能となる作用に起因するエネルギーは、仕事と呼ばれる動く物体のもつ運動エネルギーや重力による位置エネルギーと同様、「熱」についてもエネルギーに換算することで大小の評価が可能となります。この時に使われる物体が保有する熱エネルギーを「熱量」と呼び内部エネルギーと蒸気のような圧力がもつエネルギーの合算とされています。本問は、この熱と蒸気に関し問うものです。
正しい文章です。
内部エネルギーと圧力がもつエネルギーをそれぞれ１㎏当たりに換算した合計が比エンタルピ（単位はJ（ジュール）/kg）と呼ばれるものです。と呼ばれるものです。
正しい文章です。
水を加熱（熱というエネルギーを加えること）していくと、加えたエネルギーは沸点（水が沸騰し始める最低温度）までは水の温度上昇に使われ、沸点で温度上昇は止まり蒸気という状態変化にエネルギーは使われていきます。
正しい文章です。
水は沸点（標準大気圧中では100℃）で温度上昇がとまり沸騰を開始し始めます。この沸騰している水を飽和水といい、比エンタルピと圧力が比例する関係となります。
誤った文章です。
沸騰している水から立ち上る蒸気が飽和蒸気と呼ばれるものです。一方比体積とは、1㎏の水や蒸気の体積をいい、飽和蒸気の圧力と比体積は反比例の関係にあります。
正しい文章です。
沸騰しはじめた水を飽和水と呼び、このとき加熱に使われるエネルギーは、温度上昇を伴わない「潜熱」という蒸気への状態変化に使われる熱量をいい、圧力と反比例しいずれ臨界圧力に達するとゼロとなります。
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03
この問題では、熱と蒸気に関する基本的な概念とその特性に焦点を当てています。熱力学の基本原理を理解し、それらがボイラーや蒸気の挙動にどのように関連するかを把握することが重要です。特に比エンタルピや比体積、潜熱などの用語の意味と、それらが圧力や温度によってどのように変化するかについての知識が求められます。
この文章は正しいです。比エンタルピは、水や蒸気など1kg当たりの全熱量を指します。
この文章は正しいです。水の温度は、沸騰を開始してから全部の水が蒸気になるまで一定です。
この文章は正しいです。飽和水の比エンタルピは、圧力が高くなるほど大きくなります。
この文章は誤りです。飽和蒸気の比体積は、圧力が高くなると小さくなります。圧力が高いと蒸気の体積は減少するため、比体積は小さくなるのです。
この文章は正しいです。飽和水の潜熱は、圧力が高くなると小さくなり、臨界圧力に達するとゼロになります。
熱力学の基本的な原理を理解し、それらがボイラーや蒸気の挙動にどのように関連するかを知ることが重要です。特に、比エンタルピや比体積、潜熱などの用語の意味を正確に理解し、圧力や温度によるそれらの特性の変化を把握することが求められます。
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