中学受験　冷蔵庫　熱を吸収しているものはどれか？

Question

四谷大塚の問題で息子に聞かれ分からないことがあります。

冷蔵庫の簡単なつくりを表した図があります。冷蔵庫内に冷却器があり、庫外に圧縮機と放熱器がありパイプでつながれています。その中を冷媒が液体や気体になって循環することで庫内を冷やしています。

問）熱を吸収しているものは次のどれですか？すべて選びなさい。

ア）冷蔵庫の中の空気　　イ）冷蔵庫の外の空気　　ウ）冷却器を通るときの冷媒　　
エ）放熱器を通るときの冷媒

答えは、イとウです。

イとウは納得できますが、アはどうでしょうか？息子の言い分は以下のとおりです。
もし冷蔵庫内の空気が外気からの熱を全く吸収していないのであれば庫内の温度は上がらないのでずっと冷やす必要は無い。完全に熱を遮断できずパッキンなどから熱を吸収して庫内の温度が少しずつ上がってしまうから常に冷却するのではないか？と聞かれました。

塾の先生に聞いたところ、熱は吸収しているがわずかだからこの場合は無視すると言われたそうです。もう少しクリアな説明は無いのでしょうか？

よろしくお願いします。

tknakamuri · Accepted Answer

>庫外、庫内の空気については場所の限定はありません。

場所が限定されなければ収支で
答えるのでしょうか?

もっとも素直な答えは、庫内の空気は
一部の壁面からは熱を吸収しているし、
冷却機には熱を放出している。

ですよね。この時、吸収している
と答えるのは間違いでしょうか?
問題に記載がなければもの全体の収支で答えるのが
暗黙の了解事項なんでしょうか?

子供さんが不思議に思うのも当然だと思います。

問題を作成した方の国語の能力に
問題があると私は思います。

okormazd · Answer

「よく考えてみれば冷媒だって、定常運転では収支が0だからです。」

その通りですが、問題は、

ウ）冷却器を通るときの冷媒

エ）放熱器を通るときの冷媒

となっていて、ある位置での冷媒を指定しているので、「冷媒だって、定常運転では収支が0」というわけにはいきません。
明らかに定常運転でも、ウ）は吸収、エ)は放出です。庫外、庫内の空気については場所の限定はありません。

ウ）とエ)が釣り合っていて、全体として冷媒の収支が0ということとは別の話ですね。

だから、最初に(中学程度の問題では)、
「常識的には、定常運転時の正味の熱の吸収・放出について聞いてているものとすべきでしょう。」といっているのです。問題がどういう意図で出されているのかも考える必要があるでしょう。

fxq11011 · Answer

本当に科学する？時は息子さんのような態度であってしかるべしとも思います。
ただ、この場合は基本的な理解度合いを確認するための問題です（理解している人にとっては簡単すぎるため、より踏み込んで考えます）。
まず(1)冷蔵庫、(2)庫内を冷やす装置、(3)熱交換が必要
以上の３点から判断すれば、息子さんのいう内容は、誤差であり、無視できるほどより大きな熱交換が必要です。
＞外気からの熱を全く吸収していないのであれば
この認識が適切でない気もします、吸収＝積極的に・・・の感じ、ではなくあらゆるものを伝わって伝道し同じ温度になる（積極的ではなく、受身）、そのうえでそれで伝わる熱量をはるかに上回る熱を吸収しなければ庫内は冷えない。

tknakamuri · Answer

冷蔵庫には庫内を温める熱の流れと庫内を冷却する
熱の流れがあり、これらを分けて考えることができます。

冷蔵庫の中の空気は断熱材などから漏れてくる熱を吸収し、
その一方で冷却器に熱を奪われます。故に温度一定に保たれます。

そのバランスが取れているので収支が０だから「吸収ではない」というのは変です。

よく考えてみれば冷媒だって、定常運転では収支が0だからです。

結局、「吸収」というのは庫内から庫外への熱の排出過程において、
熱の吸収を行っているのはどこか？　という問題なのではないでしょうか？

であれば、圧縮により高温化した冷媒から熱を受け取る外気、
膨張により低温化して熱を受け取る冷媒が吸収を行う機器です。

もちろん冷蔵庫内の空気も熱を刻々と吸収していますが、それは冷蔵庫が
冷える仕組みではなく、あたたまってしまう原因だということなのでしょう。

原文がどう問題を説明しているか興味がありますね。

ORUKA1951 · Answer

息子さんの説明は間違っていますよ。
熱を吸収と言うことは熱の移動があると言う事です。
・熱は保存される(熱力学第一法則)
・熱は必ず高温の物から低温のものに移動します。(熱力学第二法則)

熱の伝わり方として、伝導、対流、放射は習っているはずです。この伝導と吸収・放熱はしっかり区別しておかないなりません。
　庫内の空気は単に熱を庫内の熱を伝えているに過ぎません。収支はゼロです。熱を吸収すると言う事は熱を奪ったままであることを意味しています。言い換えれば熱を内部から外に運び出している物が「熱を吸収している」と考えるのです。

＞もう少しクリアな説明は無いのでしょうか？
　もっと言うと、「冷蔵庫の外の空気」→「断熱材」→「冷蔵庫の中の空気」→庫内の物質という方向の熱の移動もあるのですよ。だから、電源が止まると冷蔵庫内の温度が上昇する。庫内の空気は暖めているともいえるのです。これを見落としている。

★ただ、この問題・・全体を詳しく見ないと意図が読み取れません。示された部分だけでは意図が汲み取れません。そのために問題が不適切であると言う指摘も受けるでしょう。

okormazd · Answer

残念ながら、息子さんの意見には同意しかねますが、問題の答えも厳密には不備があるというべきでしょう。
問題がどの程度厳密に聞いているのかにもよりますが、常識的には、定常運転時の正味の熱の吸収・放出について聞いてているものとすべきでしょう。
とすると、
1.
「ウ）冷却器を通るときの冷媒」が
熱を吸収していることには同意しているのですから、その熱を吸収されている(放出している)ものがあるはずですね。それは、冷蔵庫内の空気でしょう。だから、冷蔵庫が冷えるのですよね。
2.
「冷蔵庫内の空気が外気からの熱を(全く)吸収」している
ものとすれば、外部の空気すなわち「イ）冷蔵庫の外の空気」は熱を放出していることになりますね。ということは、「熱を吸収しているもの」の答えとしてイは不適切ということになるでしょう。
3.
冷蔵庫の定常運転時(庫内の温度変化がない)では、断熱が完全ではないことによって、庫内の空気が外部の空気から吸収する熱と、冷却器で冷媒に放出する熱=冷媒が吸収する熱が釣り合っていることになります。したがって、庫内の空気は、正味の熱の出入りはありません。
4.
定常運転時は、外部の空気が庫内の空気を暖めた分の熱を、冷却器で冷媒が吸収し、放熱器で放出することになるので、外部の空気も正味の熱の出入りはありません。
5.
非定常運転時(ドアを開けて庫内の温度が上昇した後、扉を閉めてから定常になるまでの時間)は、
庫内が次第に冷えていくのだから、断熱の不備による庫内空気の外部空気からの熱の吸収より、冷却器で冷媒に熱を放出する熱の方が大きいので、庫内空気は、正味の熱の出入りは吸収ではなく放出です。
6.
非定常運転時では、5と同様に、外部空気から庫内空気への熱の移動(外部空気の熱の放出)より、放熱器から外部空気への熱の移動(外部空気の熱の吸収)が大きい(だから庫内が冷える)ので、外部空気の正味の熱の出入りは、吸収です。

以上から、
定常運転状態なら、正味で熱を吸収しているのは、「ウ）冷却器を通るときの冷媒」だけです。
非定常状態なら、正味で熱を吸収しているのは、「ウ）冷却器を通るときの冷媒」と「イ）冷蔵庫の外の空気」です。

いずれにしても、
「ア）冷蔵庫の中の空気」が、正味で熱を吸収しているのであれば、あたりまえですが、庫内が温まることはあっても、冷えることはありません。

noboru1217 · Answer

息子さんの意見に完全に同意し、また後はNo.1氏の意見に同意します

息子さんへの説明としては、冷蔵庫の意味として、庫内の温度を冷却するのが本質ですから
冷蔵庫内の空気が外部から吸収した熱の結果は庫内の温度上昇につながるので、
質問の求める回答では無いと言えば良いでしょう

さらに言えば、外部の空気も放熱器の熱を吸収しています
これが無ければ、放熱器は温度上昇で溶けてしまうでしょう
放熱器を通るときの冷媒はマイナスの熱量を外部の空気に吸収しています

oyunam · Answer

息子さんの言うことは全くもって正しいと思います。
賢いですねー(^_^)
そこは彼を褒めてあげるべきです。
その感性は大切にしてあげるべきです。
きっと将来、その感性が息子さんを助けると思いますよ。

それで、
説明すべきは、テストであり問題である、ということです。
問題が求めているものは冷蔵庫の構造に対する理解です。
だから「簡単な図」で描かれているのです。

話題のテーマは物理ではなく、処世術です。
みもふたもない説明になりますが、
世渡り、
っていうのも必要なんだと説明してあげればよいのではないでしょうか。

大人だって全てが分かってるわけじゃないんだと。

中学受験 冷蔵庫 熱を吸収しているものはどれか？

>庫外、庫内の空気については場所の限定はありません。

「よく考えてみれば冷媒だって、定常運転では収支が0だからです。

本当に科学する？時は息子さんのような態度であってしかるべしとも思います。

この回答への補足

冷蔵庫には庫内を温める熱の流れと庫内を冷却する

この回答への補足

息子さんの説明は間違っていますよ。

この回答への補足

残念ながら、息子さんの意見には同意しかねますが、問題の答えも厳密には不備があるというべきでしょう。

息子さんの意見に完全に同意し、また後はNo.1氏の意見に同意します

息子さんの言うことは全くもって正しいと思います。

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