GSO010 問題2
Problem Statement
テーブルタップの「最大電流」と使える家電
問題文
学園祭の模擬店で、家庭用コンセントにつないだ1本のテーブルタップから、ホットプレート、コーヒーメーカー、保温器を使用する。
テーブルタップの差込口は並列につながっており、使用中の各機器には電源と同じ電圧が加わる。電源の電圧を V、テーブルタップに流してよい電流の上限を Imax とする。
ホットプレート、コーヒーメーカー、保温器の使用中の消費電力を、それぞれ PH、PC、PW とする。各機器は使用中、これらの消費電力で一定に動作するものとする。
ホットプレートは必ず使用する。さらに、コーヒーメーカーまたは保温器のどちらか一方を同時に使用したい。
テーブルタップの定格電流を超えないもののうち、消費電力が大きい機器をホットプレートと同時に使用する。
このときの2台の合計消費電力を Puse、テーブルタップに Imax の電流が流れたときに供給される電力を Pmax とする。
導線の抵抗とテーブルタップ自身の消費電力は無視する。
制約
- V=100V
- Imax=15A
- PH=1000W
- PC=650W
- PW=450W
入力形式
比 PmaxPuse を既約分数 qp と表す。p+q を自然数で入力せよ。
Solution
テーブルタップが供給できる電力の上限
電力 P、電圧 V、電流 I には、
P=VIの関係があります。
したがって、テーブルタップに上限の電流 Imax が流れたときの電力 Pmax は、
Pmax=VImax=100×15=1500Wです。
この条件では、同時に使う機器の合計消費電力が 1500W を超えると、テーブルタップを流れる電流も 15A を超えます。
ホットプレートと同時に使える機器を調べる
ホットプレートとコーヒーメーカーを同時に使う場合、合計消費電力は、
PH+PC=1000+650=1650Wです。
これは Pmax=1500W を超えるので、定格電流を超えてしまいます。
一方、ホットプレートと保温器を同時に使う場合は、
PH+PW=1000+450=1450Wです。
これは 1500W を超えません。
したがって、条件を満たす2台を使用したとき、
Puse=1450Wとなります。
定格に対する使用電力の比
求める比は、
PmaxPuse=15001450=3029です。
したがって、
p=29,q=30なので、
p+q=29+30=59となります。
この問題では、家庭用の複数の電気機器が並列につながっていても、テーブルタップの電源側には各機器に流れる電流の合計が流れることを利用しています。また、「最大 15A」という表示を、電圧と電力の関係から「合計でどの程度の消費電力まで使えるか」に読み替えることができます。
入力すべき自然数は 59 です。