【質問】物理(中学):水の上昇温度を求める問題で、水の質量が分かってない状態で何度上昇したかを求める問題の解き方

〔質問〕
水の上昇温度を求める問題で、水の質量が分かってない状態で何度上昇したかを求める問題の解き方を教えてください

問題文
10Ωの電熱線aと20Ωの電熱線bを使って、直列回路と並列回路を作り、各電熱線を同じ温度で同じ量の水が入っているビーカーXとビーカーYに入れ、電源装置の電圧を90Vにして30秒間電流を流した。
このとき、ビーカーXの水温が10℃上昇したとき、ビーカーYの水温は直列回路の時と並列回路の時でそれぞれ何℃上昇するか。

〔回答〕
まず、「同じ水の量で、どれだけ温度が上がるのか」を比べるということですので、「それぞれ、どれだけ熱量が加えられたのか(与えられたのか)」を考えればいいことになります。
今回は水の量が同じなので、「加えた熱量の比」が、そのまま「上昇する温度の比」になるとして考えることができます。
(水の質量が不明なため、加えられた熱量の値自体は求まらない。「比」で考えるしかない)

ということで、熱量の比が分かれば今回の問題が解けることになりますが、
今、同じ電圧&同じ時間ということですので、〔電流の比〕=〔熱量の比〕ということが利用できることになります。
(〔熱量〕=〔電圧〕×〔電流〕×〔時間〕で求められるため)

ですので、電流の比が求まれば、
→ 熱量の比
→ 上昇する温度の比
というようにたどっていくことができます

こちらを参考に考えてみてください。
 
 
なお、この問題のように、抵抗を「直列につなぐか」「並列につなぐか」で比べる場合、合成抵抗を考えると、「並列につないだときの方が、合成抵抗が小さく」なります。
そのため、並列につないだ方が「流れる電流が大きく」なり、「発生する熱量が大きくなる」ということです。

 

※ 理解を優先するために、あえて大雑把に書いてある場合があります

 
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