電力とジュール熱




電気エネルギーは、熱や位置エネルギーなどに変換されて仕事をします。
電気が単位時間にする仕事を、「電力」といい単位にワット[W]を使います。

ジュール熱は抵抗に電流が流れて発生する熱です。
電流がすべて熱になるとき、単位時間あたりのジュール熱は電力と同じです。

電力

図のように、抵抗 \(R\) に電流 \(I\) が流れるときの、電力 \(P\) は次のようになります。
\(P=RI^2\hspace{8px}\rm [W]\)

回路の電圧を \(V\) とすれば、オームの法則により
\(P=RI^2=VI\hspace{8px}\rm [W]\) になります。

この電力がある時間 \(t\hspace{8px}\rm [s]\) にする仕事の量を、電力量 \(W\) といいます。
\(W=Pt=VIt=RI^2t\hspace{8px}\rm [Ws]=[J]\)

直流回路の電力と電力量

2020.03.05

ジュールの法則とジュール熱

図のような抵抗に電流を流すと、電気エネルギーが熱エネルギーに変わります。

このときの抵抗の消費電力量は、発熱量に等しくなります。
この法則を「ジュールの法則」といい、発生する熱を「ジュール熱」といいます。

抵抗 \(R\) に電流 \(I\) が \(t\) 秒間流れたときの発熱量 \(Q\) は
\(Q=RI^2t\hspace{8px}\rm [J]\) となります。

またオームの法則から
\(Q=RI^2t=VIt=\cfrac{V^2}{R}t\hspace{8px}\rm [J]\) となります。

熱量について

抵抗で消費された電力は、ジュール熱として熱に変換されます。

熱エネルギーの単位としてジュール \(\rm [J]\) の他にカロリー \(\rm [cal]\) があります。
\(1\hspace{8px}\rm [cal]=4.185\hspace{8px}\rm [J]\)

熱量を \(H\) とすると
\(H=\cfrac{W}{4.185}=\cfrac{RI^2t}{4.185}\hspace{8px}\rm [cal]\)

\(1\hspace{8px}\rm cal\)とは
1 気圧のとき 1g(=1cc) の水を 1℃ 上げるのに必要な熱量をいいます。

練習問題

問題1

100ボルトで5アンペア流れる電熱器があります。10分間使用したときの発熱量 \(Q\) を求めよ。

<解 答>
発熱量=仕事量=電力量になります。
時間を秒に換算すると、10分は600秒になります。

発熱量 \(Q=VIt\)
\(Q=VIt=100×5×600\) 
\(Q=300000\hspace{8px}\rm [J]\)  
\(Q=300\hspace{8px}\rm [kJ]\) 

熱を利用した電気製品

2018.11.23

以上で「電力とジュール熱」の説明を終わります。