電験三種 令和3年度(2021) 機械 問17(a) 過去問解説
（選択問題：問17または問18のどちらか1問を解く）
熱の伝わり方について，次の(a)及び(b)の問に答えよ。
(a) （ア）は，熱媒体を必要とせず，真空中でも熱を伝達する。高温側で温度 $T_2$[K]の面 $S_2$[m²]と，低温側で温度 $T_1$[K]の面 $S_1$[m²]が向かい合う場合の熱流 $\Phi$[W]は，$S_2F_{21}\sigma$（（イ））で与えられる。
ただし，$F_{21}$ は，（ウ）である。また，$\sigma$[W/(m²・K⁴)]は，（エ）定数である。
上記の記述中の空白箇所（ア）〜（エ）に当てはまる組合せとして，正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
- (1) （ア）熱伝導，（イ）$T_2^2 - T_1^2$，（ウ）形状係数，（エ）プランク
- (2) （ア）熱放射，（イ）$T_2^2 - T_1^2$，（ウ）形態係数，（エ）ステファン・ボルツマン
- (3) （ア）熱放射，（イ）$T_2^4 - T_1^4$，（ウ）形態係数，（エ）ステファン・ボルツマン
- (4) （ア）熱伝導，（イ）$T_2^4 - T_1^4$，（ウ）形状係数，（エ）プランク
- (5) （ア）熱伝導，（イ）$T_2^4 - T_1^4$，（ウ）形状係数，（エ）ステファン・ボルツマン
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正解は(3)
解説
【考え方】真空中でも伝わる熱は「熱放射」です。熱放射の熱流は $\Phi = S_2F_{21}\sigma(T_2^4 - T_1^4)$（S：面積、F：形態係数、σ：ステファン・ボルツマン定数、T：絶対温度[K]）です。
■1 (ア) 真空中でも伝わる熱
真空中でも熱が伝わるのは、熱放射（光や赤外線で熱を出すこと）です。→ (ア) 熱放射
熱伝導は、物の中を熱が伝わることで、真空では伝わりません。
■2 (イ) 温度の何乗か
物が出す放射の強さは、絶対温度の4乗に比例します。
だから熱流は $T_2^4 - T_1^4$ に比例します。→ (イ) $T_2^4 - T_1^4$
■3 (ウ)(エ) 係数と定数の名前
$F_{21}$ は形態係数で、面2から出た放射のうち面1に届く割合です。→ (ウ) 形態係数
σ はステファン・ボルツマン定数です。→ (エ) ステファン・ボルツマン
プランク定数は、光の粒のエネルギーで使う別の定数です。
答えは(3)ピヨ。
出典：令和3年度（2021） 第三種電気主任技術者試験（電気技術者試験センター）機械 問17(a)