電験三種 平成24年度(2012) 機械 問12 過去問解説
次の文章は，電気加熱に関する記述である。
導電性の被加熱物を交番磁束内におくと，被加熱物内に起電力が生じ，渦電流が流れる。（ア）加熱はこの渦電流によって生じるジュール熱によって被加熱物自体が昇温する加熱方式である。抵抗率の（イ）被加熱物は相対的に加熱されにくい。
また，交番磁束は（ウ）効果によって被加熱物の表面近くに集まるため，渦電流も被加熱物の表面付近に集中する。この電流の表面集中度を示す指標として電流浸透深さが用いられる。電流浸透深さは，交番磁束の周波数が（エ）ほど浅くなる。したがって，被加熱物の深部まで加熱したい場合には，交番磁束の周波数は（オ）方が適している。
上記の記述中の空白箇所（ア），（イ），（ウ），（エ）及び（オ）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）誘導，（イ）低い，（ウ）表皮，（エ）低い，（オ）高い
- (2) （ア）誘電，（イ）高い，（ウ）近接，（エ）低い，（オ）高い
- (3) （ア）誘導，（イ）低い，（ウ）表皮，（エ）高い，（オ）低い
- (4) （ア）誘電，（イ）高い，（ウ）表皮，（エ）低い，（オ）高い
- (5) （ア）誘導，（イ）高い，（ウ）近接，（エ）高い，（オ）低い
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正解は(3)
使う公式
電流浸透深さ $\delta \propto \sqrt{\dfrac{\rho}{\mu f}}$（δ：電流が流れる深さ、ρ：抵抗率、μ：透磁率、f：周波数）
解説
【考え方】うず電流のジュール熱で物そのものを温める「誘導加熱」のしくみと、電流が流れる深さ（浸透深さ）を考えます。
■1 (ア) 加熱の名前
うず電流のジュール熱で、物そのものが熱くなる方式は、誘導加熱です。→ (ア) 誘導
誘電加熱は、絶縁物を高い周波数の電界で温める方式です。
■2 (イ) 加熱されにくい物
抵抗率が低い（電気を通しやすい）物は、熱が出にくいので、加熱されにくいです。銅やアルミがその例です。→ (イ) 低い
■3 (ウ) 表面に集まる効果
交流の磁束や電流は、表皮効果で表面に集まります。→ (ウ) 表皮
■4 (エ)(オ) 周波数と深さ
式 $\delta \propto \sqrt{\dfrac{\rho}{\mu f}}$ では f が分母にあるので、周波数が高いほど浸透深さは浅くなります。→ (エ) 高い
深いところまで加熱したいなら、周波数は低い方がよいです。→ (オ) 低い
答えは(3)ピヨ。
出典：平成24年度（2012） 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12