Math Problem Statement
厚みが60μm、幅が1mm、長さがycmのステンレス箔(SUS304)をx本並列に接続した時、合成抵抗が1.425Ωとなるようなxとyの組み合わせを
10パターン(x=1,2,3・・10)教えてください。
またそれぞれのパターンごとに、回路全体に28Vの電圧をかけた時のステンレス箔1本あたりの10秒後と1分後の温度も算出してください。
ただし、電圧をかける前のステンレス箔の温度は25℃としてください。
そして最終的に表形式でまとめてください。
計算過程は各ステップごとに丁寧にかいてください。
また、計算ミスがないように1つずつ確実に確認しながら進めてください。
特に桁数の間違いは以降の計算結果が全て狂うので1つず確認しながら進めてください
Solution
この問題は、ステンレス箔(SUS304)の合成抵抗が1.425Ωとなるような並列接続の組み合わせ(xとyの関係)を10パターン求め、その際に各パターンにおける1本あたりの温度変化を計算するというものです。ステップごとに計算し、最後に表形式でまとめます。計算の各ステップを丁寧に行い、確認しながら進めます。
ステップ1: ステンレス箔1本の抵抗の計算
まず、1本のステンレス箔の抵抗を求めます。抵抗の計算には以下の式を使用します:
ここで、
- はステンレス(SUS304)の抵抗率(約 )
- はステンレス箔の長さ(y cm なので、メートルに変換して m)
- は断面積(幅 1 mm、厚み 60 μm なので、 )
この式を元に を計算します。
ステップ2: 並列接続における合成抵抗の計算
並列接続では、全体の合成抵抗 は次の式で表されます:
ここで は各ステンレス箔の抵抗です。今回は全てのステンレス箔が同じ抵抗 を持つため、合成抵抗は以下のように簡単に求められます:
この式から、与えられた合成抵抗 を満たす と の組み合わせを求めます。
ステップ3: 電圧をかけた時の温度変化の計算
次に、28Vの電圧をかけた場合のステンレス箔1本あたりの温度変化を計算します。ジュール熱による温度上昇を次の式で求めます:
ここで、
- は発生する熱量(ジュール)
- は回路全体に流れる電流
- はステンレス箔1本の抵抗
- は時間(10秒および1分に対して計算します)
発生した熱量から温度上昇を求めるため、次の式を使用します:
ここで、
- は温度上昇(℃)
- はステンレス箔の質量
- はステンレス(SUS304)の比熱容量(約 )
質量は次の式で求めます:
ステンレス(SUS304)の密度は です。
以上のステップを踏んで、x=1からx=10までの各パターンについて計算し、表にまとめます。それでは、まずステンレス箔1本の抵抗を計算します。ステンレス箔1本(長さ )の抵抗は約 です。
次に、合成抵抗が となるように、x本を並列接続した場合のy(長さ)の値を計算します。これは以下の条件に基づきます:
この式から、各 に対応する を求めます。It seems like I can’t do more advanced data analysis right now. Please try again later. If you'd like, I can help guide you through the calculations manually or assist with other questions! Let me know how you'd like to proceed.
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Math Problem Analysis
Mathematical Concepts
Resistivity
Parallel Circuits
Joule Heating
Thermodynamics
Formulas
R = ρ × (L / A)
1 / R_total = Σ (1 / Ri)
Q = I^2 × R × t
ΔT = Q / (m × c)
m = volume × density
Theorems
-
Suitable Grade Level
University-Level Physics and Electrical Engineering
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