電験三種 令和元年度(2019) 電力 問4 過去問解説

問4 《原子力発電(質量欠損と石炭の量)》
$1\,\mathrm{g}$ のウラン235が核分裂し,$0.09\,\%$ の質量欠損が生じたとき,これにより発生するエネルギーと同じだけの熱量を得るのに必要な石炭の質量の値[kg]として,最も近いものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。 ただし,石炭の発熱量は $2.51 \times 10^4\,\mathrm{kJ/kg}$ とし,光速は $3.0 \times 10^8\,\mathrm{m/s}$ とする。
  1. (1) 16
  2. (2) 80
  3. (3) 160
  4. (4) 3 200
  5. (5) 48 000
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正解は(4)
使う公式
質量とエネルギーの関係 $E = mc^2$(E:エネルギー[J]、m:消えた質量(質量欠損)[kg]、c:光の速さ[m/s]) 石炭の量 $M = \dfrac{E}{H}$(M:石炭の質量[kg]、H:石炭の発熱量(1 kgで出る熱)[kJ/kg])
解説
【考え方】核分裂では、ほんの少しの質量が消えて、その分が大きなエネルギーになります。そのエネルギーを、石炭1 kgの熱で割ります。 ■1 消えた質量 解説の図 単位を kg にそろえます。1 g は $1 \times 10^{-3}$ kg、0.09 % は 0.0009 です。 $m = 1 \times 10^{-3} \times 0.0009 = 9 \times 10^{-7}\,\mathrm{kg}$ ■2 出てくるエネルギー 光の速さを2回かけます。J(ジュール)を kJ に直すため、1000 で割ります。 $E = 9 \times 10^{-7} \times (3.0 \times 10^8)^2 = 8.1 \times 10^{10}\,\mathrm{J}$ $8.1 \times 10^{10}\,\mathrm{J} = 8.1 \times 10^7\,\mathrm{kJ}$ ■3 石炭に直す $M = \dfrac{8.1 \times 10^7}{2.51 \times 10^4} \fallingdotseq 3\,227\,\mathrm{kg} \fallingdotseq 3\,200\,\mathrm{kg}$ 答えは(4)ピヨ。
出典:令和元年度(2019) 第三種電気主任技術者試験(電気技術者試験センター)電力 問4