39PM10｜第39回 臨床工学技士国家試験 過去問
人体の構造と機能細胞・代謝・薬理細胞小器官・ATP・糖質/脂質代謝・ADME
激しい運動により 1 時間で 3.0 L 発汗した。この発汗による単位時間当たりの熱放散量［W］は平均でいくらか。 ただし、汗はすべて気化したものとし、汗の密度を 1.0 g/mL、水の気化熱は 2400 kJ/kg とする。
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正解: 4
正答
4
この問題のポイント
この問題では、汗の気化による熱放散量を計算します。
ポイントは、発汗量を質量に変換し、気化熱をかけて熱量を求め、最後に 1 秒あたりの仕事率 W に直すことです。
解説
熱放散量は、汗が気化するときに奪う熱量から求めます。
使う式は次のとおりです。
- 熱量 = 質量 × 気化熱
- 単位時間当たりの熱放散量 = 熱量 / 時間
まず、汗の量を質量に変換します。
汗の密度は 1.0 g/mL なので、
- 3.0 L = 3000 mL
- 3000 mL × 1.0 g/mL = 3000 g
- 3000 g = 3.0 kg
次に、気化熱を使って熱量を求めます。
- 気化熱 = 2400 kJ/kg
- 熱量 = 3.0 kg × 2400 kJ/kg
- 熱量 = 7200 kJ
kJをJに直します。
- 7200 kJ = 7,200,000 J
1時間は3600秒です。
- 熱放散量 = 7,200,000 J / 3600 s
- 熱放散量 = 2000 J/s
- 1 J/s = 1 W
したがって、平均の熱放散量は 2000 W であり、選択肢4が正答です。
ひっかけポイント
Wは「1秒あたりのエネルギー」です。最後に1時間を3600秒へ変換し忘れないようにします。
選択肢の確認
1．誤り。
100 Wでは、3.0 Lの汗がすべて気化した場合の熱放散量として小さすぎます。
2．誤り。
500 Wは、時間換算または発汗量の扱いが不十分な場合に選びやすい値です。
3．誤り。
1400 Wは計算値 2000 W とは一致しません。気化熱、質量、時間を順に確認する必要があります。
4．正しい。
3.0 kgの汗が気化すると 7200 kJ の熱が奪われます。これを3600秒で割ると 2000 W になります。
5．誤り。
6000 Wは過大です。時間で割る処理や単位変換を誤ると大きな値になりやすいです。
覚えるポイント
- 1 W = 1 J/s です。
- 1時間 = 3600秒です。
- 水の密度が 1.0 g/mL のとき、3.0 L は 3.0 kg です。
- 気化による熱放散は、体温調節で非常に重要です。
- 計算問題では、L、mL、g、kg、kJ、J、sの単位変換を丁寧に確認します。