熱伝導の計算に使う式は？

熱流Φ＝温度差θ÷熱抵抗Rです。壁の熱抵抗はR＝厚さl÷(熱伝導率λ×断面積S)で求めます。

熱抵抗の単位K/Wの意味は？

1Wの熱を流したときに何K温度差が生じるかを表します。数値が大きいほど熱が伝わりにくい壁です。

W/(m·K)です。厚さ1mの壁に1Kの温度差があるとき、1m²あたり何Wの熱が流れるかを表します。

それぞれの層の熱抵抗を求めて足し算します。電気回路の直列の抵抗と同じ考え方です。

熱伝導は物の中を温度差に比例して伝わり、熱放射は電磁波として空間を伝わり絶対温度の4乗の差に比例します。

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熱伝導の計算は、温度差を電圧、熱流を電流、熱抵抗を電気抵抗に見立てた「熱のオームの法則」Φ＝θ/R で解けます。壁の熱抵抗は R＝l/(λS) で、2層の炉壁は直列の抵抗として解く節、解き方は過去問の節へ。

熱伝導（ねつでんどう）とは、物の中を、温度の高いほうから低いほうへ熱が伝わることです。冬に金属の手すりをさわると冷たく感じるのは、手の熱が手すりへ伝わって逃げていくからです。

電験三種の電熱の計算では、この熱の流れを電気回路と同じ形で扱います。電気は電位差（電圧）があると流れ、熱は温度差があると流れます。流れる量は、それぞれ電流と熱流（1秒あたりに伝わる熱の量。単位はW）です。

壁の熱抵抗は、電線の抵抗 R＝ρl/S（ρは抵抗率）と同じ形の式で求めます。熱伝導率λは「熱の通しやすさ」なので、抵抗率の逆数にあたる導電率σと対応します。そのため、λは分母に入ります。

たとえば、面積25m²・厚さ10cm・熱伝導率0.4W/(m·K)の壁なら、R＝0.1÷(0.4×25)＝0.1÷10＝0.01K/W です。内外の温度差が4Kなら、Φ＝4÷0.01＝400W の熱が壁を通って逃げます（令和6年度下期問12と同じ数値）。

熱伝導の計算は、電験三種機械の「電熱」で毎年のように出題されています。どれも、熱抵抗を求めてから熱のオームの法則に入れるだけです。

実際の電気炉は、内側に耐火れんが、外側に断熱れんが、のように材料を重ねます。熱は2枚の壁を順に通るので、電気回路の直列と同じく、熱抵抗を足し算します。

面積1m²の壁で、内側は熱伝導率1.2W/(m·K)・厚さ0.2m、外側は熱伝導率0.2W/(m·K)・厚さ0.1mとします。内面が1,000℃、外面が100℃のとき、熱流と、2枚の境目の温度を求めます（熱伝導率は計算用の仮の値です）。

電気炉の熱損失を減らしたいときに、熱伝導率の小さい断熱材を外側に重ねるのは、この直列の熱抵抗を大きくするためです。

熱の伝わり方には、熱伝導のほかに対流と熱放射があります。試験では、どの伝わり方の話かを読み分ける問題も出ます。