二級ボイラー技士の過去問
令和5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5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、適切でないものは次のうちどれか。
  • 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。
  • 過熱蒸気の温度と、同じ圧力の飽和蒸気の温度との差を過熱度という。
  • 飽和水の比エンタルピは、圧力が高くなるほど小さくなる。
  • 飽和蒸気の比体積は、圧力が高くなるほど小さくなる。
  • 飽和水の蒸発熱は、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

この問題では、熱と蒸気に関する物理的な特性とそれらの圧力や温度に対する挙動についての理解が問われています。水の沸騰時の温度、過熱蒸気の温度、飽和水の比エンタルピ、飽和蒸気の比体積、および飽和水の蒸発熱についての知識が重要です。それでは、各選択肢を詳しく見ていきましょう。

選択肢1. 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。

この文章は正しいです。水が沸騰を開始してから全てが蒸気に変わるまでの間、温度は一定です。これは水が相変化する際に温度が変わらないことを意味します。

選択肢2. 過熱蒸気の温度と、同じ圧力の飽和蒸気の温度との差を過熱度という。

この文章は正しいです。過熱蒸気の温度と同じ圧力の飽和蒸気の温度との差は過熱度と呼ばれます。これは過熱蒸気が飽和蒸気よりも高温であることを示しています。

選択肢3. 飽和水の比エンタルピは、圧力が高くなるほど小さくなる。

この文章は誤りです。飽和水の比エンタルピは、圧力が高くなるにつれて大きくなります。圧力が増加すると、水の温度も上昇し、それに伴ってエンタルピも増加します。

選択肢4. 飽和蒸気の比体積は、圧力が高くなるほど小さくなる。

この文章は正しいです。飽和蒸気の比体積は圧力が高くなるほど小さくなります。これは、圧力が増すと蒸気の密度が高くなり、同じ質量の蒸気が占める体積が減少するためです。

選択肢5. 飽和水の蒸発熱は、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。

この文章は正しいです。飽和水の蒸発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。これは、臨界点で液体と気体の相差がなくなるためです。

まとめ

熱と蒸気に関する物理的性質、特に沸騰時の温度の一定性、過熱度の概念、飽和水の比エンタルピや比体積の圧力依存性、そして蒸発熱の圧力依存性を理解することが、この問題の解答の鍵です。特に、飽和水の比エンタルピが圧力によってどのように変化するかの理解が、正答へと導く重要なポイントとなります。

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02

この問題は、熱と蒸気に関する基本的な物理学的特性について理解しているかを試すものです。

特に、水の沸点、過熱蒸気、飽和水及び飽和蒸気の性質に焦点を当てています。

適切でない特性を見分けるためには、熱力学の基本原理と、蒸気と水の相関係に関する知識が必要です。

選択肢1. 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。

適切

解説:水が沸騰し始めてから全てが蒸気に変わるまで、その温度は一定です。

これは、水と蒸気の相変化が定圧下で起こるとき、温度が変わらない熱力学的特性に基づいています。

選択肢2. 過熱蒸気の温度と、同じ圧力の飽和蒸気の温度との差を過熱度という。

適切

解説:過熱蒸気の温度と同圧力下の飽和蒸気の温度との差は、過熱度と呼ばれます。

これは過熱蒸気が飽和蒸気よりも高い温度を持っていることを示しています。

選択肢3. 飽和水の比エンタルピは、圧力が高くなるほど小さくなる。

不適切

解説:飽和水の比エンタルピは、圧力が高くなるにつれて増加します。

この理由は、圧力が増加すると水を加熱するために必要なエネルギーが増加するためです。

選択肢4. 飽和蒸気の比体積は、圧力が高くなるほど小さくなる。

適切

解説:飽和蒸気の比体積は、圧力が高くなるにつれて減少します。

これは、圧力が増すと蒸気の密度が高まり、単位質量あたりの体積が小さくなるためです。

選択肢5. 飽和水の蒸発熱は、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。

適切

解説:飽和水の蒸発熱は、圧力が高くなるほど小さくなり、臨界圧力でゼロになります。

これは、臨界点で蒸気と液体の区別がなくなり、相変化に伴う熱の吸収が不要になるためです。

まとめ

この問題を解く上での鍵は、水と蒸気の状態変化に関する熱力学的原理の理解です。

沸点での温度の一定性、過熱度の定義、飽和水と飽和蒸気の性質が圧力にどのように依存するかを把握することが重要です。

過熱度の概念、飽和状態での物質の性質変化、及び蒸発熱の圧力依存性を理解することにより、各選択肢の正誤を正確に判断することができます。

特に、飽和水の比エンタルピが圧力によって増加するという事実は、物質の状態変化を理解する上で重要なポイントです。

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03

この問題では熱や蒸気に関する出題となります。

水の温度や蒸気についての知識が問われますが、基本的な事も多いので、しっかり内容を確認していきましょう。

選択肢1. 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。

正しい記述です。

水は沸騰を始めると100℃になり、その後蒸気の温度が上昇します。

選択肢2. 過熱蒸気の温度と、同じ圧力の飽和蒸気の温度との差を過熱度という。

正しい記述です。

基本的に過熱蒸気の方が飽和蒸気よりも温度が高いです。

選択肢3. 飽和水の比エンタルピは、圧力が高くなるほど小さくなる。

誤った記述です。

圧力が高くなるほど小さくなるのではなく、大きくなります。

文字通り圧力が高くなると、熱量も高くなります。

選択肢4. 飽和蒸気の比体積は、圧力が高くなるほど小さくなる。

正しい記述です。

蒸気圧が高くなると密度が小さくなり、結果体積も小さくなります。

選択肢5. 飽和水の蒸発熱は、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。

正しい記述です。

臨界圧力に到達という事は、臨界点は0となり、蒸気と水との差がなくなります。

まとめ

水と蒸気との関連性はボイラーの取扱いでは非常に重要な内容となるので、しっかり復習しておきましょう。

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