消防設備士 甲種3類「基礎的知識（機械・電気）」の一問一答

消防設備士 甲種3類の基礎的知識（機械・電気）に関する一問一答（全45問）の正解と解説の一覧です。上の一問一答で実際に解いてから、ここで復習・確認できます。

1. 問1．パスカルの原理によれば、密閉容器内の静止した流体の一部に圧力を加えると、その圧力は流体のすべての部分に同じ大きさで伝わる。

   正解：○（正しい）

   解説：密閉容器内の静止流体に加えた圧力は、流体全体へ減衰せず同じ大きさで伝わる。これがパスカルの原理であり、油圧ジャッキなど小さな力を大きな力に変える装置の基礎となる。

2. 問2．断面積が20cm²の小ピストンに200Nの力を加える油圧装置がある。大ピストンの断面積が200cm²のとき、パスカルの原理により大ピストンに生じる力はいくらか。

   • ア．500N
   • イ．200N
   • ウ．2000N
   • エ．4000N

   正解：ウ．2000N

   解説：小ピストンの圧力はP=200N÷20cm²=10N/cm²。この圧力は流体全体に等しく伝わるため、大ピストンに生じる力はF=P×面積=10N/cm²×200cm²=2000N。面積比が10倍なので力も10倍になる。

3. 問3．ゲージ圧力は絶対圧力から大気圧を差し引いた値であり、大気圧を基準（ゼロ）として測った圧力である。

   正解：○（正しい）

   解説：ゲージ圧力は大気圧をゼロ点として測る圧力で、絶対圧力＝ゲージ圧力＋大気圧の関係がある。一般の圧力計が示すのはゲージ圧力である。

4. 問4．大気圧を約0.1MPaとするとき、ゲージ圧力が5.9MPaを示す高圧式二酸化炭素貯蔵容器の絶対圧力はおよそいくらか。

   • ア．5.8MPa
   • イ．5.9MPa
   • ウ．11.8MPa
   • エ．6.0MPa

   正解：エ．6.0MPa

   解説：絶対圧力＝ゲージ圧力＋大気圧＝5.9MPa＋0.1MPa＝6.0MPa。ゲージ圧力は大気圧を基準にしているため、真空を基準とする絶対圧力を求めるには大気圧を加える。

5. 問5．1気圧（大気圧）はおよそ101.3kPaに相当し、これは約1MPaである。

   正解：×（誤り）

   解説：標準大気圧は1013hPa＝101.3kPa≒0.1MPaである。1MPa＝1000kPaなので、大気圧をMPaで表すと約0.1MPaであり、1MPaとするのは10倍の誤りである。

6. 問6．温度を一定に保ったとき、一定量の気体の体積は圧力に比例して大きくなる。これをボイルの法則という。

   正解：×（誤り）

   解説：ボイルの法則では、温度一定のとき気体の体積は圧力に反比例する（PV＝一定）。圧力を上げると体積は小さくなるため、比例ではなく反比例が正しい。

7. 問7．温度27℃で体積10Lの気体を、圧力を一定に保ったまま加熱して127℃にした。シャルルの法則によると体積はいくらになるか。

   • ア．約13.3L
   • イ．約10.8L
   • ウ．約7.5L
   • エ．約47L

   正解：ア．約13.3L

   解説：シャルルの法則では圧力一定のとき体積は絶対温度に比例する。27℃＝300K、127℃＝400K。V2＝10L×(400÷300)＝13.3L。摂氏でなく絶対温度（ケルビン）で計算するのが要点である。

8. 問8．気体の状態方程式PV＝nRTにおいて、絶対温度Tは摂氏温度に273を加えたケルビン単位で用いる。

   正解：○（正しい）

   解説：気体の状態方程式や気体の法則で用いる温度は絶対温度（ケルビン）であり、T[K]＝摂氏温度[℃]＋273である。摂氏のまま代入すると誤った結果になる。

9. 問9．容積が一定の密閉容器に気体が入っている。温度を27℃から177℃に上げたとき、容器内の絶対圧力は何倍になるか。

   • ア．約2.0倍
   • イ．約1.5倍
   • ウ．約6.6倍
   • エ．変わらない

   正解：イ．約1.5倍

   解説：体積一定のとき圧力は絶対温度に比例する（ゲイ・リュサックの法則）。27℃＝300K、177℃＝450K。450÷300＝1.5倍。温度上昇に伴い容器内圧が上がるため、高圧容器の温度管理が重要となる。

10. 問10．液化した二酸化炭素が放出時に気化・膨張して急激に温度が下がるのは、周囲から熱を奪って気化するとともに、断熱膨張により気体自身の温度が低下するためである。

    正解：○（正しい）

    解説：液化二酸化炭素は放出時に気化熱で周囲から熱を奪い、さらに圧力が急激に下がる断熱膨張によって気体自身の温度も低下する。この冷却作用の結果、白い霧状のドライアイス（固体CO2）が生じることがある。

11. 問11．物質の状態を変えずに温度だけを1℃（1K）上げるのに必要な熱量に関する量を潜熱という。

    正解：×（誤り）

    解説：説明しているのは比熱（単位質量あたりの温度を1K上げる熱量）である。潜熱は融解や蒸発など、温度を変えずに状態変化させるのに必要な熱量を指す。両者は異なる概念である。

12. 問12．比熱が4.2J/(g・K)の水200gの温度を20℃から50℃まで上げるのに必要な熱量はいくらか。

    • ア．約8.4kJ
    • イ．約12.6kJ
    • ウ．約25.2kJ
    • エ．約42kJ

    正解：ウ．約25.2kJ

    解説：熱量Q＝質量×比熱×温度変化＝200g×4.2J/(g・K)×(50−20)K＝200×4.2×30＝25200J＝25.2kJ。温度差は30Kである。

13. 問13．流体力学における連続の式は、非圧縮性流体が管内を流れるとき、断面積と流速の積（流量）が管のどの断面でも一定であることを表す。

    正解：○（正しい）

    解説：連続の式はA1V1＝A2V2で表され、流量（断面積×流速）が保存されることを意味する。したがって管が細くなる部分では流速が速くなる。

14. 問14．断面積12cm²の配管を流速2m/sで流体が流れている。この配管が断面積4cm²に細くなった部分での流速はいくらか。

    • ア．0.67m/s
    • イ．2m/s
    • ウ．24m/s
    • エ．6m/s

    正解：エ．6m/s

    解説：連続の式A1V1＝A2V2より、12cm²×2m/s＝4cm²×V2。V2＝(12×2)÷4＝6m/s。断面積が3分の1になると流速は3倍になる。

15. 問15．ベルヌーイの定理によれば、流れる流体では流速が速い箇所ほど圧力（静圧）は高くなる。

    正解：×（誤り）

    解説：ベルヌーイの定理では、同一の流線上でエネルギーが保存され、流速が速い箇所ほど静圧は低くなる。速度エネルギーが増える分、圧力エネルギーが減るためである。したがって「高くなる」は誤り。

16. 問16．材料に外力が加わったとき、その内部に生じる単位面積あたりの抵抗力を応力といい、応力は加わる荷重を断面積で割って求める。

    正解：○（正しい）

    解説：応力σ＝荷重W÷断面積Aで定義され、単位面積あたりに生じる内力を表す。単位はPaやN/mm²が用いられる。

17. 問17．断面積が50mm²の丸棒に、軸方向に10000N（10kN）の引張荷重が加わっている。この棒に生じる引張応力はいくらか。

    • ア．200N/mm²
    • イ．50N/mm²
    • ウ．100N/mm²
    • エ．500N/mm²

    正解：ア．200N/mm²

    解説：応力σ＝荷重÷断面積＝10000N÷50mm²＝200N/mm²（＝200MPa）。荷重を断面積で割ることで単位面積あたりの内力が求まる。

18. 問18．ひずみは、材料が変形した長さ（変形量）をもとの長さで割った値であり、単位はN/mm²で表される。

    正解：×（誤り）

    解説：ひずみε＝変形量÷もとの長さで、長さ÷長さのため単位を持たない無次元量である。N/mm²は応力の単位であり、ひずみの単位とするのは誤りである。

19. 問19．もとの長さ2000mmの棒に引張荷重を加えたところ、長さが1mm伸びた。このときの縦ひずみはいくらか。

    • ア．0.001
    • イ．0.0005
    • ウ．0.002
    • エ．0.005

    正解：イ．0.0005

    解説：ひずみ＝変形量÷もとの長さ＝1mm÷2000mm＝0.0005。ひずみは無次元量として表される。

20. 問20．材料の安全率は、基準となる強さ（引張強さ等）を許容応力で割った値であり、その値が大きいほど安全性に余裕があることを示す。

    正解：○（正しい）

    解説：安全率＝基準強さ÷許容応力で定義され、この値が大きいほど破壊に対する余裕が大きい。許容応力＝基準強さ÷安全率とも表せる。

21. 問21．引張強さが400N/mm²の材料を安全率5で使用する場合、許容応力はいくらになるか。

    • ア．40N/mm²
    • イ．100N/mm²
    • ウ．80N/mm²
    • エ．2000N/mm²

    正解：ウ．80N/mm²

    解説：許容応力＝基準強さ÷安全率＝400N/mm²÷5＝80N/mm²。安全率で割ることで、実際に使用してよい応力の上限が求まる。

22. 問22．炭素鋼において、一般に炭素含有量が多くなるほど硬さと引張強さは増すが、粘り（延性・じん性）は低下する傾向がある。

    正解：○（正しい）

    解説：鋼は炭素量が増えると硬く強くなる一方、もろくなり延性・じん性が低下する。逆に炭素量が少ないと軟らかく粘りがある。この関係は金属材料の基本である。

23. 問23．ステンレス鋼は鉄にニッケルとマンガンを加えた合金で、炭素を多く含むほど耐食性が向上する。

    正解：×（誤り）

    解説：ステンレス鋼は鉄にクロム（ニッケルを加える系もある）を含む合金で、耐食性はおもにクロムによる不動態被膜による。加える主成分の説明が誤っており、また炭素量増加は一般に耐食性を高めない。

24. 問24．管用テーパねじは、ねじ部に傾きがなく完全に平行なねじであり、配管接続部の気密性・水密性の確保には適さない。

    正解：×（誤り）

    解説：管用テーパねじはねじ部にテーパ（勾配）が付けられており、ねじ込むほど密着して気密・水密性を高める。傾きがなく平行とするのは誤りで、気密性確保のためにガス系消火設備の配管接続にも用いられる。

25. 問25．ねじにおいて、ねじ山が1回転して軸方向に進む距離をリードといい、二条ねじではリードはピッチと等しくなる。

    正解：×（誤り）

    解説：リードはねじが1回転で軸方向に進む距離である。一条ねじではリード＝ピッチだが、二条ねじではリードはピッチの2倍になる。二条ねじで両者が等しいとするのは誤りである。

26. 問26．オームの法則によれば、抵抗に流れる電流は加える電圧に比例し、抵抗の大きさに反比例する。

    正解：○（正しい）

    解説：オームの法則I＝V÷Rより、電流は電圧に比例し抵抗に反比例する。電圧を上げれば電流は増え、抵抗を大きくすれば電流は減る。

27. 問27．抵抗20Ωに直流100Vの電圧を加えたとき、流れる電流はいくらか。

    • ア．0.2A
    • イ．2A
    • ウ．20A
    • エ．5A

    正解：エ．5A

    解説：オームの法則I＝V÷R＝100V÷20Ω＝5A。電圧を抵抗で割ることで電流が求まる。

28. 問28．10Ωと15Ωの抵抗を直列に接続したときの合成抵抗はいくらか。

    • ア．25Ω
    • イ．6Ω
    • ウ．12.5Ω
    • エ．150Ω

    正解：ア．25Ω

    解説：直列接続の合成抵抗は各抵抗の和で求まる。10Ω＋15Ω＝25Ω。直列では合成抵抗は各抵抗より必ず大きくなる。

29. 問29．6Ωと3Ωの抵抗を並列に接続したときの合成抵抗はいくらか。

    • ア．1.5Ω
    • イ．2Ω
    • ウ．4.5Ω
    • エ．9Ω

    正解：イ．2Ω

    解説：並列接続の合成抵抗は積÷和で求まる。(6×3)÷(6＋3)＝18÷9＝2Ω。並列では合成抵抗は最も小さい抵抗より必ず小さくなる。

30. 問30．同じ大きさの抵抗R（Ω）を3本並列に接続したときの合成抵抗は3Rとなる。

    正解：×（誤り）

    解説：同じ抵抗をn本並列にすると合成抵抗はR÷nになる。3本ではR÷3であり、各抵抗より小さくなる。3Rは直列に3本つないだ場合の値であり、並列で3倍になるとするのは誤りである。

31. 問31．4Ωと6Ωの抵抗を直列に接続し、全体に20Vの電圧を加えた。このとき4Ωの抵抗の両端にかかる電圧はいくらか。

    • ア．4V
    • イ．12V
    • ウ．8V
    • エ．20V

    正解：ウ．8V

    解説：直列回路の電流はI＝20V÷(4＋6)Ω＝2A。4Ωにかかる電圧はV＝I×R＝2A×4Ω＝8V。分圧は抵抗の比に比例して配分される。

32. 問32．電力Pは電圧Vと電流Iの積で表され、P＝VIとして求められる。抵抗Rを用いるとP＝I²Rとも表せる。

    正解：○（正しい）

    解説：電力P＝VI＝I²R＝V²÷Rと表せる。V＝IRを代入すれば相互に変換でき、いずれも同じ電力を表す。

33. 問33．抵抗10Ωに5Aの電流が流れているとき、この抵抗で消費される電力はいくらか。

    • ア．50W
    • イ．500W
    • ウ．125W
    • エ．250W

    正解：エ．250W

    解説：電力P＝I²R＝(5A)²×10Ω＝25×10＝250W。電流の2乗に抵抗を掛けて求める。

34. 問34．100Vの電源に接続した電熱器に4Aの電流が流れている。この電熱器の消費電力はいくらか。

    • ア．400W
    • イ．104W
    • ウ．25W
    • エ．2500W

    正解：ア．400W

    解説：電力P＝VI＝100V×4A＝400W。電圧と電流の積で消費電力が求まる。

35. 問35．コイルを貫く磁束が変化すると、その変化を妨げる向きに起電力が生じる。この現象を電磁誘導といい、生じる起電力の向きに関する法則をレンツの法則という。

    正解：○（正しい）

    解説：電磁誘導では磁束の変化に応じて誘導起電力が生じ、その向きは変化を妨げる方向になる（レンツの法則）。この原理は変圧器や発電機、電磁弁などの動作の基礎である。

36. 問36．正弦波交流において、実効値100Vのときの最大値（波高値）はおよそ71Vである。

    正解：×（誤り）

    解説：正弦波交流では実効値＝最大値÷√2、すなわち最大値＝実効値×√2である。実効値100Vのとき最大値＝100×1.41≒141Vとなる。71Vは実効値を√2で割った値であり、大小関係が逆で誤りである。

37. 問37．正弦波交流の最大値（波高値）が200Vのとき、その実効値はおよそいくらか。

    • ア．約100V
    • イ．約141V
    • ウ．約283V
    • エ．約200V

    正解：イ．約141V

    解説：実効値＝最大値÷√2＝200V÷1.414≒141V。√2は約1.41なので、実効値は最大値の約0.707倍になる。

38. 問38．交流回路における力率は、皮相電力に対する有効電力の割合を表し、力率が1に近いほど電力が効率よく利用されていることを示す。

    正解：○（正しい）

    解説：力率＝有効電力÷皮相電力で、電圧と電流の位相差の余弦（cosθ）で表される。力率が1（位相差ゼロ）に近いほど、供給電力が有効に使われる。

39. 問39．電磁弁（ソレノイドバルブ）は、コイルに電流を流して生じる磁力で鉄心（プランジャ）を動かし、弁を開閉する電気機器である。ガス系消火設備の起動用ガスの放出制御などに用いられる。

    正解：○（正しい）

    解説：電磁弁はコイルの電流で発生する磁力によりプランジャを吸引・移動させ弁を開閉する。ガス系消火設備では起動信号を受けて弁を作動させ、起動用ガスや消火剤の流路を制御する重要な部品である。

40. 問40．リレー（電磁継電器）は、コイルに電流を流しても接点は動かず、コイル自身の発熱だけで回路を開閉する部品である。

    正解：×（誤り）

    解説：リレーはコイルに電流を流すと電磁石が働き、その吸引力で接点を機械的に開閉する。発熱で回路を開閉するのではなく、小電流の制御回路で大電流の主回路を入・切できる点が特徴である。

41. 問41．三相誘導電動機は、回転磁界により回転子を回す構造で、電源の3本の結線のうち任意の2本を入れ替えると回転方向を逆にできる。

    正解：○（正しい）

    解説：三相誘導電動機は固定子巻線がつくる回転磁界で回転子を回す。3相のうち任意の2相を入れ替えると回転磁界の向きが逆転し、電動機の回転方向も逆になる。これは結線変更で逆転させる基本手法である。

42. 問42．2Ω、3Ω、6Ωの3つの抵抗を並列に接続したときの合成抵抗はいくらか。

    • ア．6Ω
    • イ．3.67Ω
    • ウ．1Ω
    • エ．11Ω

    正解：ウ．1Ω

    解説：並列の合成抵抗は逆数の和の逆数で求める。1/R＝1/2＋1/3＋1/6＝3/6＋2/6＋1/6＝6/6＝1。よってR＝1Ω。通分して合計が1になるため合成抵抗は1Ωとなる。

43. 問43．断面積が2mm²の導線と断面積が4mm²の導線が同じ材質・同じ長さのとき、断面積4mm²の導線の抵抗は2mm²の導線の抵抗の2倍になる。

    正解：×（誤り）

    解説：導線の抵抗は断面積に反比例する（R＝ρ×長さ÷断面積）。断面積が2倍になると抵抗は2分の1になる。したがって「2倍」は誤りで、正しくは半分になる。

44. 問44．12Vの電源に、4Ωと2Ωの抵抗を直列に接続した回路がある。回路に流れる電流はいくらか。

    • ア．0.5A
    • イ．3A
    • ウ．6A
    • エ．2A

    正解：エ．2A

    解説：直列合成抵抗＝4Ω＋2Ω＝6Ω。電流I＝V÷R＝12V÷6Ω＝2A。全体の合成抵抗を求めてからオームの法則を適用する。

45. 問45．圧力の単位について、1MPaは1000kPaに等しく、また1Paは1N/m²に等しい。

    正解：○（正しい）

    解説：圧力の単位はPa＝N/m²で定義され、1kPa＝1000Pa、1MPa＝1000kPa＝1,000,000Paである。ガス系消火設備では貯蔵圧力をMPaで扱うため単位換算は重要である。