単位と基本の物理量の一問一答

解説
圧力は「面を押す力の強さ」で、力（N）を面積（m²）で割って求めます。1Paは、1m²の面積に1N（ニュートン）の力が加わるときの圧力です。
1Paはとても小さい値なので、設備の分野では1kPa＝1,000Pa、1MPa＝1,000,000Paのように、接頭語を付けた単位がよく使われます。送風機やダクトの圧力はPa、配管の水圧はkPaやMPaで表すのが一般的です。

他の選択肢が誤りである理由
・面積の基準はcm²ではなくm²です。1cm²に1Nが加わると10,000Paになります。
・kgは質量の単位で、力の単位ではありません。1kgの物体にかかる重力は約9.8Nです。
・J（ジュール）は仕事やエネルギーの単位で、圧力の定義には使いません。

覚え方のポイント
「Pa＝N/m²」。力の単位はN、質量の単位はkg、エネルギーの単位はJと、単位ごとの役割を区別しておきましょう。

解説
1kW・hは、1kW（1秒間に1,000J）の仕事率で1時間（3,600秒）働いたときのエネルギーです。1,000J×3,600秒＝3,600,000J＝3.6MJになります。36kJ（36,000J）ではなく、その100倍の3,600kJ（3.6MJ）が正しい値です。

他の選択肢が正しい理由
・W（ワット）は仕事率の単位で、1Wは1秒間に1Jの仕事（J/s）をする速さを表します。
・kは1,000倍を表す接頭語で、1kW＝1,000Wです。
・kW・hは「仕事率×時間」で表したエネルギーの量で、電力量の料金計算などに使われます。

覚え方のポイント
「1kW・h＝3.6MJ」。1時間＝3,600秒なので、1kW×3,600秒と覚えると忘れません。

解説
物体の温度を上げるのに必要な熱量（顕熱量）は、「質量×比熱×温度差」で求めます。
50kg×4.2kJ/(kg・K)×(35－15)K＝4,200kJ となります。
温度差の20℃は、20Kと同じ大きさです（温度の差を表すときは℃とKは同じ値になります）。

他の選択肢が誤りである理由
・210kJは、温度差の20を掛け忘れた値です（50×4.2）。
・7,350kJは、温度差を35Kとして計算した値で、加熱前の温度15℃を差し引いていません。
・42,000kJは、桁を1つ多く計算した値です。

覚え方のポイント
「熱量＝質量×比熱×温度差」。水の比熱は約4.2kJ/(kg・K)で、1kgの水を1℃上げるのに約4.2kJが必要です。

解説
ゲージ圧力は、大気圧を0として表した圧力で、配管の圧力計が示す値は通常このゲージ圧力です。
完全な真空を0として表した圧力は絶対圧力といい、「絶対圧力＝ゲージ圧力＋大気圧」の関係があります。

他の選択肢が誤りである理由
・絶対圧力は、ゲージ圧力に大気圧を加えた値です。差し引くのではありません。
・標準大気圧はおよそ101.3kPa（約0.1MPa）です。1,013kPaは10倍の値で、hPa（ヘクトパスカル）表示の1,013hPaと混同しています。
・真空では絶対圧力が0になります。ゲージ圧力で表すと、およそ－101.3kPaです。

覚え方のポイント
「ゲージ圧は大気圧が0」「絶対圧は真空が0」。標準大気圧は101.3kPa＝1,013hPaです。

解説
氷が融けて水になる間は、加えた熱が状態の変化（融解）に使われるため、温度は0℃のまま一定です。すべてが融けてから、はじめて水の温度が上がり始めます。このように温度の変化を伴わずに状態を変えるための熱が潜熱です。

他の選択肢が正しい理由
・顕熱は温度計で測れる温度の変化として現れる熱で、「質量×比熱×温度差」で求めます。
・潜熱は、融解・蒸発・凝縮などの状態の変化に使われる熱です。
・水が蒸発するときは周りから潜熱（蒸発熱）を奪います。打ち水で涼しくなるのはこのためです。

覚え方のポイント
「顕熱＝温度が変わる熱」「潜熱＝状態が変わる熱」。空調では、温度に関係する負荷を顕熱負荷、湿度（水蒸気）に関係する負荷を潜熱負荷と呼びます。

解説
水の密度は約4℃で最大（約1,000kg/m³）となり、それより温度が高くても低くても小さくなります。
氷は水より密度が小さいため水に浮きます。また、水は温度が上がると膨張して密度が小さくなるため、温水の配管系統には膨張を吸収する膨張タンクが必要になります。

他の選択肢が誤りである理由
・氷の密度は約917kg/m³で、液体の水より小さくなります。
・4℃より高い範囲では、温度が高いほど水は膨張し、密度は小さくなります。
・水の密度は温度によって変化します。この性質が、給湯や温水暖房で膨張への対策が必要な理由です。

覚え方のポイント
「水は4℃で最も重い」。温水は膨張する→膨張タンクや逃し弁が必要、というつながりで覚えましょう。

解説
熱力学温度（絶対温度）の0Kは、理論上これ以上低くできない温度（絶対零度）で、セルシウス温度では約－273℃にあたります。0℃は約273Kです。

他の選択肢が正しい理由
・熱力学温度＝セルシウス温度＋273.15 の関係があり、0℃は約273Kです。
・目盛りの間隔は℃とKで同じなので、温度の差を表すときは10℃＝10Kになります。比熱の単位にK（ケルビン）が使われるのはこのためです。
・ケルビンは、メートルやキログラムと並ぶSI（国際単位系）の基本単位の一つです。

覚え方のポイント
「K＝℃＋273」「温度差は℃もKも同じ数値」。熱量の計算では、温度差にそのまま℃の差を使って構いません。

解説
流量は「断面積×平均流速」で求めます。
0.01m²×2m/s＝0.02m³/s です。1分は60秒なので、0.02×60＝1.2m³/min となります。
選択肢が「毎分（/min）」で示されているので、「毎秒（/s）」から換算するのを忘れないことが大切です。

他の選択肢が誤りである理由
・0.2m³/minは、60を掛けるところを10で掛けた値です。
・12m³/minは、桁を1つ多く計算した値です。
・0.02m³/minは、毎秒の値（0.02m³/s）の単位をそのまま毎分に書き換えたもので、60倍の換算が抜けています。

覚え方のポイント
「流量Q＝断面積A×流速v」。管が細くなると断面積が小さくなるので、同じ流量なら流速は速くなります（連続の式）。

解説
水の重さによる圧力は「密度×重力加速度×深さ」で求めます。
1,000kg/m³×9.8m/s²×10m＝98,000Pa＝98kPa（約0.1MPa）です。
設備の分野では、ポンプの揚程や給水の必要圧力を「水柱の高さ（m）」で表すことがあり、水柱10mがおよそ0.1MPaにあたると覚えておくと便利です。

他の選択肢が誤りである理由
・9.8kPaは、水深1mの水圧です。
・980kPaは、水深100mの水圧です。
・9.8MPaは、水深約1,000mの水圧で、桁が大きく違います。

覚え方のポイント
「水柱10m≒98kPa≒0.1MPa」。高置水槽の高さや給水の圧力を考えるときの基本の換算です。

解説
放射（ふく射）は、物体の表面から電磁波（赤外線など）として熱が伝わる現象で、空気などの媒体がなくても伝わります。太陽の熱が真空の宇宙空間を通って地球に届くのは、放射によるものです。

他の選択肢が正しい理由
・熱伝導は、固体などの内部を、温度の高い部分から低い部分へ熱が伝わる現象です。
・対流は、空気や水などの流体が動くことで熱が運ばれる現象で、暖められた空気が上昇するのがその例です。
・放射は、電磁波によって離れた物体どうしの間で熱が伝わる現象です。

覚え方のポイント
熱の伝わり方は「伝導・対流・放射」の3つ。放射だけは媒体がいらない、と押さえておきましょう。