電験三種 令和4年度下期 機械 問12｜電熱

電験三種「機械」の「電熱」に関する問題（令和4年度下期 問12）。正答は(5)です。

【基本公式】誘導加熱：交番磁界→渦電流損＋ヒステリシス損（強磁性体の場合）で加熱。

正答(5)「誘導加熱は印加磁界中の強磁性体中の渦電流によるジュール熱（渦電流損）により加熱する」→誤り。

正しくは：誘導加熱の発熱=渦電流損（全導電体）＋ヒステリシス損（強磁性体のみ）。

「渦電流損のみ」は非強磁性体（銅・アルミ・ステンレス（オーステナイト系））では正しいが、

強磁性体（鉄・ニッケル）ではヒステリシス損も大きな発熱源になる。

【電熱（電気加熱）の解法と要点】（令和4年度下期 問12）

【各選択肢の正誤】

(1)正しい：抵抗加熱（ジュール加熱）の定義通り（I²R→ジュール熱）。

(2)正しい：アーク加熱=アーク放電の熱→直接（被加熱物にアーク）・間接（エレメントにアーク）。

(3)正しい：遠赤外ヒータは放射波長が赤外電球より長い→正しい。

赤外電球：約1〜3μm（近赤外）。遠赤外ヒータ：3〜25μm（遠赤外）。

(4)正しい：誘電加熱=交番電界中の誘電体→誘電損（ε''×E²×f）→加熱→電子レンジ原理。

(5)誤り：誘導加熱は渦電流損だけでなくヒステリシス損も発熱源（特に強磁性体）。

※鉄は強磁性体→誘導加熱では渦電流損+ヒステリシス損の両方が発熱。

→正答(5)

【電熱（電気加熱）の深層解析と電験三種合格戦略】（令和4年度下期 問12）

【核心論点と正答根拠】

誘導加熱の発熱=渦電流損+ヒステリシス損（強磁性体）。「渦電流損のみ」が誤り→正答(5)。

【各電気加熱方式の詳細比較】

①抵抗加熱：直接（被加熱物を電流路に接続）・間接（電熱線/SiCなど抵抗体で輻射/伝導）。

温度制御精度高→半導体製造（1000℃超）・食品加熱。

②誘導加熱：P_w=P_eddy+P_hyst（渦電流損+ヒステリシス損）。

非接触・高効率・表面焼入れ（δ=√(ρ/πfμ)の制御で加熱深さ制御）。

③誘電加熱：P=ε₀ε''E²fV（ε'':誘電損失係数）。

内部から均一加熱→食品（電子レンジ）・木材乾燥・樹脂成型。

④アーク加熱：T=5000〜20000K→製鋼（電気炉EAF）・チタン精錬。

⑤プラズマ加熱：T=10000K超→核融合研究・廃棄物処理。

【IH調理器の動作原理（電験三種頻出）】

コイルに高周波電流（20〜60kHz）→磁束→鍋底（鉄/SUS）に渦電流→鍋が発熱。

銅・アルミの鍋：μr≒1（非強磁性）→ヒステリシス損なし・渦電流損のみ→IHに反応しにくい。

特殊IH対応銅鍋：底面に鉄プレート挟み込み→対応可能。

電験二種：誘導加熱炉の等価回路・電力効率最適化・高周波電源設計が出題。