電流と電圧の問題

「$6\text{V}$-$6\text{W}$」と表示された電熱線 P と、「$6\text{V}$-$3\text{W}$」と表示された電熱線 Q がある。P と Q を直列につなぎ、両方を同じ容器に入れた $100\text{g}$ の水の中にしずめ、全体を電圧 $6\text{V}$ の電源につないで $7$ 分間電流を流した。

電熱線で発生した熱はすべて水の温度上昇に使われたものとすると、水の温度は何 ${}^{\circ }\text{C}$ 上がりますか。ただし、水 $1\text{g}$ の温度を $1{}^{\circ }\text{C}$ 上げるのに必要な熱量を $4.2\text{J}$ とし、電熱線の抵抗の大きさは温度によって変わらず、導線や電源の抵抗は考えないものとします。

抵抗の大きさが $5.0\Omega$ の電熱線を、温度が $18.0{}^{\circ }\text{C}$ の水 $200\text{g}$ が入った容器の中に入れ、電熱線を電圧 $10\text{V}$ の電源につないで、水をかき混ぜながら $7$ 分間電流を流した。$7$ 分後の水の温度は何 ${}^{\circ }\text{C}$ ですか。

ただし、$1\text{g}$ の水の温度を $1{}^{\circ }\text{C}$ 上げるのに必要な熱量を $4.2\text{J}$ とする。また、電熱線から発生した熱はすべて水の温度上昇に使われ、電熱線の抵抗の大きさは温度によって変わらないものとする。電源の電圧は一定で、導線と電源の抵抗は考えないものとする。

消費する電力が $7\mathrm{W}$ の電熱線を、容器に入れた $100\mathrm{g}$ の水の中に入れ、5 分間電流を流して水をあたためた。電熱線で発生した熱はすべて水の温度上昇に使われたものとし、水 $1\mathrm{g}$ の温度を 1 ℃ 上げるのに必要な熱量を $4.2\mathrm{J}$ とする。このとき、水の温度は何 ℃ 上昇しますか。ただし、電熱線の電力は 5 分間変わらないものとする。

抵抗の大きさが $10\Omega$ の電熱線 A と、$20\Omega$ の電熱線 B がある。電圧 $6.0\text{V}$ の電源を用いて、次の実験を行った。

実験 1：電熱線 A と電熱線 B を直列につないで電源につなぎ、A と B の両方を、容器に入れた水の中に入れた。水をかき混ぜながら $12$ 分間電流を流したところ、水の温度は $2.0{}^{\circ }\text{C}$ 上昇した。

実験 2：電熱線 A と電熱線 B を並列につないで電源につなぎ、A と B の両方を、実験 1 と同じ量で同じ温度の水が入った同じ容器の中に入れた。水をかき混ぜながら $8$ 分間電流を流した。

実験 2 で、水の温度は何 ${}^{\circ }\text{C}$ 上昇しますか。ただし、電熱線から発生した熱はすべて水の温度上昇に使われ、水の上昇温度は水が得た熱量に比例するものとする。また、電熱線の抵抗の大きさは温度によって変わらず、電源の電圧は一定で、導線と電源の抵抗は考えないものとする。

電熱線 A と電熱線 B、電圧が $6.0\text{V}$ で一定の電源、電流計、電圧計を用いて、次の実験を行った。容器 X には電熱線 A を、容器 Y には電熱線 B を入れ、どちらの容器にも温度 $20.0{}^{\circ }\text{C}$ の水を $100\text{g}$ ずつ入れた。

操作 1：電熱線 A と電熱線 B を直列につなぎ、電流計を直列に入れて電源につないだ。また、電熱線 A の両端に電圧計をつないだ。電流を流すと、電流計は $0.60\text{A}$、電圧計は $2.4\text{V}$ を示した。この状態で $10$ 分間電流を流した。

操作 2：操作 1 が終わるとすぐに、電熱線 A と電熱線 B のつなぎ方を並列に変えて、同じ電源につないで電流を流し続けた。

操作 1 が終わった時点では、容器 Y の水温のほうが容器 X の水温より高かった。操作 2 を始めてから何秒後に、容器 X と容器 Y の水温が等しくなりますか。

ただし、電熱線で発生した熱はすべてその電熱線が入っている容器の水の温度上昇だけに使われ、熱は外に逃げないものとする。また、電熱線の抵抗の大きさは温度によって変わらず、導線・電流計の抵抗、電圧計に流れる電流は無視できるものとする。容器の水はよくかき混ぜ、水温はどこも等しいものとする。