科学の問題

質問

お世話になります。

毎秒0.2kgの石油を燃焼する熱機関を使用して、ポンプで100mの深さから毎秒1,000kgの水をくみ上げる。1kgの物体にはたらく重力を9.8N、石油1kgが燃えるときに出す熱量を4.62×10^7Jとして、次の問いに答えよ。

(1)このポンプが1秒間に受け取る熱は何Jか。

解答を見ても意味がわかりません(*_*)
解説付きでお願いします！

回答No.2

f272 · ベストアンサー

1秒間に0.2kgの石油が燃焼し、そのときに0.2*4.62*10^7J=9.24*10^6Jの熱量が出る。
これがポンプが1秒間に受けとる熱量である。

一方、ポンプは1秒間に1000kgの水を100mの距離だけくみ上げる。1000kgの水に働く力は9.8*1000Nで一定であるとしてよいから、水をくみ上げるのに使うエネルギーは9.8*1000*100J=9.8*10^5Jである。

これらから熱機関の効率がわかる。つまり9.24*10^6Jの熱を使って9.8*10^5Jの仕事をするのだから効率は9.8*10^5/(9.24*10^6)=0.106です。10.6%ということですね。

お礼

お礼が遅くなり、すみませんでした。
大変勉強になりました。

ご回答いただきありがとうございました。

回答No.3

kagakusuki

>解答を見ても意味がわかりません(*_*)

というだけではどんな解説なのかという事が解りませんから、どこら辺が質問者様には解らなかったのかなど判る訳がありませんので、説明のしようが御座いません。
　只、言える事は、その問題に書かれている情報だけでは問題の

>ポンプが1秒間に受け取る熱は何Jか

という事の答えを求めるために必要な情報が不足しているため、答えは出ない、即ち問題が悪いので正解など最初から存在しないという事です。

　まず熱機関、つまりエンジンは、燃料を燃やした熱エネルギーを力学的エネルギー、この問題の場合は出力軸という機械部品の回転運動のエネルギーに変換するものです。
　そして、ポンプは外部から受け取った機械部品の回転運動のエネルギーを、水の力学的エネルギーに変換するものです。
　熱機関には熱効率というものがあって、熱エネルギーの100%を機械部品の回転運動のエネルギーに変換できるわけではなく、半分以上は熱エネルギーのままです。
　この場合の「半分以上の熱エネルギー」とは、エンジン自体の温度上昇に使われてしまう熱エネルギーや、エンジンが出す排気ガスの熱エネルギーの事です。
　また、ポンプにも効率というものがあって、外部から受け取った機械部品の回転運動のエネルギーの100%を水の力学的エネルギーに変換する事はできず、ポンプが受け取ったエネルギーの一部はポンプ内部の機械部品の摩擦熱や、ポンプの出す騒音のエネルギー、ポンプを通った水の温度を僅かに上げてしまうために使われる熱エネルギー、等々に変わってしまいます。

　質問文の「このポンプが1秒間に受け取る熱」とは、ポンプが熱機関から受け取る機械部品の回転運動のエネルギーの事です。
　しかし、熱機関の熱効率に関係する情報が問題文には何も書かれておりませんので、毎秒0.2kgの石油を燃焼させた際に生じる熱エネルギーの内、どれだけの割合が機械部品の回転運動のエネルギーに変換出来るのかという事を直接求める事は出来ません。
　一方、ポンプの効率に関係する情報についても問題文には何も書かれておりませんので、水が得た力学的エネルギーの値から、ポンプが外部から受け取った回転運動のエネルギーを直接求める事は出来ません。
　石油を燃焼させた際に生じる熱エネルギーの値を使っても、水が得た力学的エネルギーの値を使っても、どちらにしてもポンプが外部から受け取った回転運動のエネルギーを直接求める事は出来ない訳です。
　そして、ポンプが外部から受け取った回転運動のエネルギーの一部は、ポンプ内部の機械部品の摩擦熱や、ポンプの出す騒音のエネルギー、ポンプを通った水の温度を僅かに上げてしまうために使われる熱エネルギー、等々に変わってしまうのですから、「石油を燃焼させた際に生じる熱エネルギーの値と水が得た力学的エネルギーの値の差が、ポンプが外部から受け取った回転運動のエネルギーである」と言う事も出来ません。
　つまり、問題文に書かれている情報だけでは、ポンプが外部から受け取った回転運動のエネルギーを求める事は出来ないのですから、

>このポンプが1秒間に受け取る熱は何Jか。

という問いの答えを計算で求める事は出来ません。
　問題文に書かれている情報だけでは答えを出す術が存在しないのですから、その問題には正解というものが存在していない訳で、科学の勉強のための問題にはなっていないという事になります。

お礼

お礼が遅くなり、すみませんでした。
大変勉強になりました。

ご回答いただきありがとうございました。

回答No.1

galaxy5964zoku

熱機関　つまりエンジンは、燃料を燃やした熱エネルギーを力学的エネルギーに変換するものです

しかし、熱エネルギーを100%力学的エネルギーに変換できるわけではなく、半分以上は熱エネルギーのままです

石油を燃やした際の熱エネルギーから、水を汲み上げる力学的エネルギーの差が、ポンプが受けとる熱エネルギーです

石油を燃やした際の熱エネルギーは、問題に書いてあるので、それを毎秒0.2kgの場合を計算しましょう

水を汲み上げる量と距離も書いてありますよね
質量×力×距離　これをジュールに換算して、石油の燃焼エネルギーから引きましょう

お礼

お礼が遅くなり、すみませんでした。
大変勉強になりました。

ご回答いただきありがとうございました。