イントロ
電力・電力量・ジュール熱
一秒当たりか、使った時間の合計か
600 Wの機器という表示は一秒当たりのエネルギー変換の速さです。実際に使ったエネルギー量は時間を掛けて求めます。WとWhの見た目が似ていても役割は別です。
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定義
電力と電力量
- 教科書では
- 電力Pは電気エネルギーを変換する速さ、電力量Eは一定時間に変換された電気エネルギーの総量です。
- 言いかえると
- 電力の単位WはJ/sです。電力量はSIではJですが、日常の電力利用ではWhやkWhも使います。抵抗で電気エネルギーが内部エネルギーへ変わる量をジュール熱と呼びます。
公式
電気エネルギーの式
電力
P=VI=I²R=V²R
オームの法則に従う抵抗では、分かっている二量に合わせて形を選べます。
- P電力。単位はW
電力量とジュール熱
E=Pt=VIt, Q=I²Rt
値が一定なら電力へ時間を掛けて総エネルギーを求めます。
- E,Qエネルギー・熱量。単位はJ
- t時間。Jで求めるときはs
使うときのコツ
Whで求めるときはW×h、JならW×sです。
解くコツ
一秒当たりならP、一定時間の合計ならEまたはQと判断し、時間単位を合わせます。
比較
| 量 | 意味と関係 | 主な単位 |
|---|---|---|
| 電力P | 変換の速さ。1 W=1 J/s | W |
| 電力量E | 変換した総量。1 Wh=3600 J | J・Wh |
| ジュール熱Q | 抵抗で生じる熱量。Q=I²Rt | J |
量電力P
- 意味と関係
- 変換の速さ。1 W=1 J/s
- 主な単位
- W
量電力量E
- 意味と関係
- 変換した総量。1 Wh=3600 J
- 主な単位
- J・Wh
量ジュール熱Q
- 意味と関係
- 抵抗で生じる熱量。Q=I²Rt
- 主な単位
- J
kWhは電力の単位ではなく、電力へ時間を掛けたエネルギーの単位です。
手順
単位を崩さない手順
- 1
電力か電力量かを問題文から決める
- 2
P=VIなどで一秒当たりを求める
- 3
Jなら時間をs、Whならhへ直す
- 4
桁と単位をエネルギーの流れで検算する
例
- 場面
- 100 Vで6.0 A流れる機器を10分間使った。
- 順に考えると
- 電力はP=VI=100×6.0=600 Wです。10分=600 sなので、電力量はE=Pt=600×600=3.6×10⁵ Jです。時間で計算すれば600 W×1/6 h=100 Wh=0.10 kWhとなり、同じ総量を別単位で表せます。
- ここが結論
- 電力600 W、電力量3.6×10⁵ J=0.10 kWhです。
注意
WとWhを同じ量にしない
確認
電力量の確認
Q1
200 Wの機器を30 s使ったときの電力量はどれですか。
確認
ジュール熱の確認
Q1
4.0 Ωの抵抗に5.0 Aを10 s流したときのジュール熱はどれですか。
まとめ
まとめ
- 1
電力P=VIは一秒当たりの変換速度
- 2
電力量E=Ptは時間全体の総量
- 3
抵抗のジュール熱はQ=I²Rt
- 4
1 Wh=3600 JでWとWhを区別する
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