電力、電力量、ジュール熱

電力、電力量、ジュール熱

 

こちらのページでは高校物理における電磁気学の基本である

 

・電力とは何か?電力のイメージ
・電力量とは何か?
・ジュール熱とは何か?

 

について解説しています。

 

リチウムイオン電池における電力にあたる「出力」や出力に関係する作動電圧はこちら
解説していますので、ご興味ある方はご覧になってくださいね(高校物理の範囲外の内容です)。

 

 

電力とは何か?電力のイメージ

電気的な用語には、電荷や電流電圧、そして電力など似たような言葉があるので、一つ一つきちんと理解していきましょう。

 

本題の電力に戻ります。

 

電力とは、電流が単位時間あたりにする仕事、つまり仕事率のことを指します。

 

言い換えると、電力は単位時間あたりに消費する電気的なエネルギーとも言えます。

 

身近な例では、電気自動車を動かすための電池には単位時間当たりに大きなエネルギー、
つまり大きな電力が必要とされること等がイメージしやすいかと思います。

 

電力を電流と電圧を用いて表すと以下の式で表されます。

 

 

 

電池などに抵抗(例えば実験室レベルですと豆電球等)をつなぐと、電池に蓄えられているエネルギーが熱エネルギーに変換され、消費されます。

 

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電力量とは何か?

そして、一定の電力Pでt秒間エネルギーを消費する時の消費量のことを
電力量と呼び、下のようにW(ワット)で表現されます。

 

呼び方もPの単位のW(ワット)と同じであるため、混同しないようきちんと理解しましょう!

 

 

 

電力量は上述のようエネルギーであり、単位はWhやJ(ジュール)で表されます。

 

電力量の記号はWであるのに、単位はWではなく、Whであることに気を付けましょう

 

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電力と電力量との違いは?

上のように、電力と電力量は異なるものですが、違いについてわかりやすく解説していきます。

 

実は、電力と電力量は速さと距離のような関係に似ており、電力が速さに相当し、電力量が距離に相当しています。

 

 

 

例えば、速さ2km/h で3h走ったとすると 2 × 3 = 6kmの距離を走行したことになります。

 

一方、電力も5W で2h流したとすると、5 × 2 = 10Wh の電力量を消費したことになります。

 

電力・電力量のことを消費電力・消費電力量と呼ぶケースもあります。

 

以下の演習問題を解いて、消費電力・消費電力量の違いの理解を深めましょう。

 

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消費電力と消費電力量の計算問題【kWとkWhの変換方法】

それでは、以下の例題で消費電力(単位W)と消費電力量(Wh)の単位換算を行っていきましょう。

 

例題
 
消費電力5Wで3h使用しつづけたときの、消費電力量(Wh)を計算してみましょう。

 

解答

 

5 × 3 = 15 Wh の電力量を消費したことになります。

 

なお、消費電力の値が途中で変動するケースでは、基本的に図積分という方法を用いて算出します。

 

なお、Wの1000倍の値がkWであり、一般家庭の電力の大きさや電力量の大きさはこのkWやkWhを使用することが基本です。

 

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ジュール熱とは何か?

電池に抵抗をつなぐと、電気エネルギーが熱エネルギーに変換されるため、抵抗が発熱します。

 

この発生する熱のことをジュール熱と呼びQで表します

 

(本質的には電力量と同じ、「エネルギー」のこと意味しますが、エネルギーの中でも抵抗発熱により発生する熱のことをジュール熱と呼び区別します)。

 

 
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