Question 1

顕熱と潜熱の違いについての説明として正しいものはどれか。

Accepted Answer

顕熱は温度変化の熱、潜熱は状態変化の熱。温度計の目盛が動く、つまり温度が上がる・下がるときに出入りする熱が顕熱、温度は変わらないまま水が蒸気に変わるなど状態が変わるときに出入りする熱が潜熱です。やかんの水を火にかけると、はじめは温度がぐんぐん上がります。これが顕熱です。100℃に達すると、火を強めても温度は上がらず、水がどんどん蒸気に変わっていきます。このときに使われている熱が潜熱です。「温度が動くのか、状態が動くのか」で見分ける、と覚えてください。ボイラーは水を加熱して蒸気にする装置ですから、この二つがどちらも登場します。他の選択肢について：・顕熱と潜熱が逆：説明の中身が入れ替わっており、名称と対応していません。・水と空気で分ける：物質の種類ではなく、温度変化か状態変化かで分けます。・昼と夜で分ける：時間帯とは無関係の用語で、蓄熱の話とも異なります。

Question 2

標準大気圧のもとで水が沸騰して蒸気になる温度として、正しいものはどれか。

Accepted Answer

約100℃。標準大気圧（101.325kPa）のもとでは、水は約100℃で沸騰して蒸気になります。この沸騰する温度を飽和温度（沸点）といいます。大切なのは、この100℃という値が圧力によって変わるという点です。圧力が高くなるほど水は沸騰しにくくなり、飽和温度は高くなります。ボイラーの内部は大気圧より高い圧力になっているため、水は100℃を超えても水のままでいられ、その結果として高い温度の蒸気を取り出せます。圧力鍋で食材が早く煮えるのと同じ仕組みだと考えると分かりやすいでしょう。他の選択肢について：・約60℃：給湯の温度としてよく使われる値ですが、標準大気圧での沸点ではありません。・約80℃：沸騰に近づいてはいますが、標準大気圧ではまだ沸騰しません。・約120℃：大気圧より高い圧力のもとでの飽和温度に相当する値です。

Question 3

ボイラーで扱う圧力の単位についての説明として正しいものはどれか。

Accepted Answer

パスカルで表し1MPaは100万Pa。圧力は国際単位系（SI）でパスカル(Pa)を用いて表します。1Paは、1m²の面に1N（ニュートン）の力がかかっている状態です。ボイラーで扱う圧力はこの単位では値が大きくなりすぎるため、100万倍を表すM（メガ）を付けたMPa（メガパスカル）がよく使われ、1MPa＝1,000,000Paとなります。接頭語は、k（キロ）が1000倍、M（メガ）が100万倍と決まっています。法令に出てくる「ゲージ圧力0.1メガパスカル以下」といった表現もこの単位で書かれているので、ここを取り違えると法令の数値がまるごと読めなくなります。他の選択肢について：・1MPaを1000Paとするもの：1000倍を表すのはkで、1kPa＝1000Paです。・ジュールで表すもの：熱量やエネルギーの単位で、圧力には用いません。・ワットで表すもの：1秒あたりのエネルギー、すなわち仕事率の単位です。

Question 4

ゲージ圧力と絶対圧力の関係を表すものとして、正しいものはどれか。

Accepted Answer

絶対圧力＝ゲージ圧力＋大気圧。圧力計が示すのは、大気圧を基準（ゼロ）として測ったゲージ圧力です。これに対し、完全な真空を基準として測ったものが絶対圧力で、両者には「絶対圧力＝ゲージ圧力＋大気圧」という関係があります。たとえば圧力計が0.5MPaを示しているとき、絶対圧力はおよそ0.6MPaです。法令やボイラーの銘板に出てくる圧力は、特に断りがなければゲージ圧力だと考えてかまいません。一方、蒸気表で飽和温度を調べるときなどは絶対圧力を使います。どちらの圧力の話をしているのかを毎回確かめる習慣をつけましょう。他の選択肢について：・ゲージ圧力から大気圧を引く：足すべきところを引いており、値が小さくなってしまいます。・掛け合わせる：圧力どうしを掛ける計算に物理的な意味はありません。・大気圧からゲージ圧力を引く：圧力が上がるほど絶対圧力が下がることになり、関係が逆です。

Question 5

飽和蒸気と過熱蒸気の違いについての説明として正しいものはどれか。

Accepted Answer

飽和蒸気は水と同じ温度、過熱蒸気は高温。同じ圧力のもとで水と接し、水と同じ温度（飽和温度）を保っている蒸気が飽和蒸気です。その飽和蒸気を過熱器などでさらに加熱し、飽和温度より高い温度にしたものが過熱蒸気です。飽和蒸気は水滴を含みやすく、配管の途中で冷えると一部が水に戻ってしまいます。これが激しく起こると、配管をたたく衝撃（ウォータハンマ）の原因になります。過熱蒸気は水分をほとんど含まないためこの心配が少なく、長い配管でも熱を運びやすいという利点があります。取り出した先で何に使うかによって、どちらが適しているかが変わります。他の選択肢について：・説明が逆：飽和蒸気と過熱蒸気の内容が入れ替わっています。・圧力の高低による区分：飽和か過熱かは温度の状態による区分で、圧力の高低では決まりません。・時間帯による区分：発生する時間帯とはまったく関係のない用語です。

Question 6

水1kgを蒸気に変えるために必要な熱量（蒸発熱）についての説明として正しいものはどれか。

Accepted Answer

1℃上げる熱量よりはるかに大きい。標準大気圧のもとで100℃の水1kgをすべて蒸気に変えるには、約2257kJの熱が必要です。一方、水1kgの温度を1℃上げるのに要する熱は約4.2kJですから、蒸発に使う熱は500倍以上も大きいことになります。ボイラーが燃料を消費する大部分は、この蒸発のための熱、すなわち潜熱です。逆にいえば、蒸気は1kgあたり非常に大きな熱を抱えたまま配管を運ばれ、使う場所で水に戻るときにその熱をまとめて放出します。蒸気が優れた熱の運び手として広く使われている理由が、この大きな潜熱にあります。他の選択肢について：・ほぼ同じ大きさ：実際には500倍以上の差があり、同程度ではありません。・およそ半分：大小の関係が逆で、蒸発熱のほうが圧倒的に大きな値です。・熱の出入りがない：温度が変わらなくても多量の熱が出入りしており、これが潜熱です。

Question 7

比熱という用語の意味として正しいものはどれか。

Accepted Answer

1kgの温度を1℃上げるのに要する熱量。比熱とは、物質1kgの温度を1K（1℃）上げるのに必要な熱量のことです。水の比熱は約4.187kJ/(kg・K)で、1kgの水を1℃温めるのに約4.187kJの熱が要る、という意味になります。水の比熱は身のまわりの物質の中でもとくに大きく、鉄の9倍近くあります。そのため水は温まりにくく、いったん温まると冷めにくい性質を持ちます。この性質のおかげで、水は熱をたくさん抱え込んだまま運ぶ媒体として適しており、ボイラーで水が使われる理由の一つになっています。他の選択肢について：・完全に蒸発させる熱量：それは蒸発熱（潜熱）の説明で、比熱とは別の量です。・1秒間に放出する熱量：単位時間あたりの熱の量で、熱流量に関する量です。・水分の重さの割合：湿度や含水率の説明で、熱の量とは関係がありません。

Question 8

熱の伝わり方の三つの形態として、正しい組み合わせはどれか。

Accepted Answer

伝導、対流、放射。熱は、物体の中を高温の部分から低温の部分へ伝わる伝導、流体そのものが移動して熱を運ぶ対流、電磁波として離れた相手へ直接届く放射の三つの形で伝わります。ボイラーの中では、この三つが同時に働いています。バーナの火炎から炉壁へ届くのが放射、燃焼ガスの流れが管の表面をなでていくのが対流、管の金属の中を通って外側の水まで熱が届くのが伝導です。「火炎の近くでは放射が主役、煙道の奥では対流が主役」と場所ごとに主役が変わることも押さえておくと、構造の学習が理解しやすくなります。他の選択肢について：・蒸発・凝縮：状態変化の名前で、熱の伝わり方の分類ではありません。・燃焼・拡散：燃焼は熱を発生させる反応、拡散は物質の広がり方です。・凝固・昇華：どちらも状態変化を表す用語です。

Question 9

温度と熱量の違いについての説明として正しいものはどれか。

Accepted Answer

温度は熱さの度合い、熱量はエネルギーの量。温度は「どれくらい熱いか」という度合いを℃やKで表す量、熱量は「どれだけのエネルギーが出入りしたか」をkJで表す量です。似た場面で使われますが、まったく別の物理量です。たとえば、同じ100℃でも、コップ1杯の湯とボイラーの中の大量の水では、持っている熱量がまるで違います。温度が同じでも、量が多ければ熱量は大きくなるからです。熱は温度の高いほうから低いほうへ移動し、そのとき移動した量が熱量である、という関係で整理しておくと混乱しません。ボイラーでは、温度計が示すのは温度の情報、燃料をどれだけ使ってどれだけの蒸気を得たかという計算は熱量の話です。学習の場面ごとに、今どちらの量を扱っているのかを意識してください。他の選択肢について：・説明が逆：温度と熱量の内容が入れ替わっています。・同じ意味の言い換え：単位も意味も異なる、別の物理量です。・液体と気体で使い分ける：どちらの量も固体・液体・気体を問わず使われます。

Question 10

圧力計が「0MPa」を示しているときのボイラー内部の状態として正しいものはどれか。

Accepted Answer

内部の圧力が大気圧とほぼ同じである。一般の圧力計は、大気圧を基準（ゼロ）としたゲージ圧力を示します。したがって指針が0MPaのときは、内部の圧力が大気圧とほぼ等しい状態であることを意味します。絶対圧力でいえば約0.1MPaにあたります。ボイラーをたき始める前や、運転を止めて圧力が抜けきった後がこの状態です。「0＝何もない」ではなく「0＝大気圧と同じ」と読むのがゲージ圧力の約束事です。ここを理解しておくと、法令に出てくる「ゲージ圧力0.1メガパスカル以下」といった表現も正しく読めるようになります。他の選択肢について：・完全な真空：絶対圧力が0の状態で、ゲージ圧力ではおよそマイナス0.1MPaにあたります。・大気圧の2倍：それはゲージ圧力で約0.1MPaを示している状態です。・故障を示す：0を指すこと自体は正常な表示で、故障の判断材料にはなりません。

基礎-2 熱・蒸気・圧力の基礎用語の一問一答