電力、発熱量

電気エネルギー

電流が流れることで、電球や蛍光灯は光を出し、モーターが動き、電熱線は熱を出す。 電流が持つこのような能力を電気エネルギーという。

電力

１秒間に発生するエネルギーの量を電力といい、単位はW(ワット)を用いる。
W(ワット)が大きいほど、電球は明るく、電熱線が発生させる熱は大きくなる。
電力は電流と電圧の積で求められる。
電力(W)=電流(A)×電圧(V)

例題1
電力を求める。
まずはじめに電流を求める。電流をxAとしてオームの法則から6=20x, x=0.3
電流0.3A, 電圧6Vより電力=0.3×6=1.8　答1.8W
次に抵抗は変えず、電源電圧を12Vにした時の電力を求める
電流は12=20xよりx=0.6、電流0.6A, 電圧12Vから　電力=0.6×12=7.2 答7.2W
電源電圧を2倍にすると消費電力は4倍になる 例題2 それぞれの抵抗の消費電力を求める。
直列なので全体抵抗は各抵抗の和になり、電流は等しい。
全体抵抗10+20=30、電源電圧6Vなので、電流は6÷30=0.2A
a・・・10Ω、0.2Aから電圧は10×0.2=2V、電力は2×0.2=0.4W
b・・・20Ω、0.2Aから電圧は20×0.2=4V、電力は4×0.2=0.8Wとなる。
直列では抵抗の大きいほうが消費電力が大きい 例題3 それぞれの抵抗の消費電力を求める。
並列では、抵抗にかかる電圧が等しいのでそれぞれ６V
c・・・6V, 10Ωより6÷10=0.6A, 電力は6×0.6=3.6W
d・・・6V, 20Ωより6÷20=0.3A, 電力は6×0.3=1.8Wとなる。
並列では抵抗の小さいほうが消費電力が大きい

熱量

電熱線は電気エネルギーを熱エネルギーに変える。
電熱線から発生する熱エネルギーの量を熱量といい、単位はJ(ジュール)である。
電熱線から発生する熱量は電力と時間に比例する

また、電熱線を水の中に入れて水の温度を上昇させる場合
水温の上昇は加えた熱量に比例する
※熱量にはcal(カロリー)という単位もある。
1calは水1gを1℃上昇させる熱量で、1cal=約4.2Jである。

例題4
図のような装置で容器に100gの水を入れ、10Ωの電熱線を用い、
電源電圧5Vで5分間電流を流して温度変化をはかると
水の温度が1.8℃上昇した。電熱線から発生した熱量は
すべて水の温度上昇に使われるとして次の問いに答えよ。
発熱量は電力に比例する。・・・必ず電力(W)を出す 電源電圧を10Vにして、他の条件を同じ(水100g, 時間5分間, 抵抗10Ω)
にすると水温は何度上昇するか。 はじめの条件10Ω5Vのとき、5÷10=0.5A、5×0.5=2.5W
これを10Ω10Vにすると、10÷10=1A, 10×1=10W
電力が4倍になるので温度上昇も4倍　1.8×4=7.2 　答7.2℃上昇 電熱線を5Ωのものに変えて、他の条件を同じ(水100g, 時間5分間, 電圧5V)
にすると水温は何度上昇するか。 5Ω5Vのとき　5÷5=1A, 5×1=5W
はじめの条件では2.5Wだったので電力は2倍
1.8×2=3.6 　答3.6℃ この装置で、抵抗のわからない電熱線を使い、水100g, 時間5分間、電圧5Vで
実験すると水温が 9.0℃上昇した。この時に使った電熱線の抵抗を求めよ。 電力をxとする。はじめの条件の2.5W, 1.8℃と比べると
2.5:x=1.8:9
1.8x=22.5
x=12.5
12.5Wで5Vなので12.5÷5=2.5A
2.5Aで5Vなので5÷2.5=2　答2Ω

電力量

電熱線は電気エネルギーを熱量に変えたが、モーターは電気エネルギーを運動に変える。
このように発熱を利用しないものでも電気エネルギーは消費される。
一定時間電流が流れたときに消費された電気エネルギーの総量を電力量という。
電力量は熱量と同じ式で求められ、単位もJ(ジュール)を使う。
電力量(J) = 電力(w) × 時間(秒)
電力量の単位にはWh(ワット時)や、kWh(キロワット時)が使われることもある。
1Whは 1Wの電力を1時間使い続けたときの電力量であり、1kWhはその1000倍である。
　※　1時間 = 3600秒なので、　1Wh = 1W × 3600s = 3600 J

基本事項の確認 答表示

電流が流れることで、電球や蛍光灯は光を出し、モーターが動き、電熱線は熱を出す。 電流が持つこのような能力を電気エネルギーという。 １秒間に発生するエネルギーの量を電力といい、単位はW(ワット)を用いる。 電力が大きいほど、電球は明るく、電熱線が発生させる熱は大きくなる。 電力を求める式　電力(W)=電流(A)×電圧(V) 電熱線は電気エネルギーを熱エネルギーに変える。電熱線から発生する熱エネルギーの量を熱量といい、単位はJ(ジュール)である。 電熱線から発生する熱量は電力と時間に比例する また、電熱線を水の中に入れて水の温度を上昇させる場合水温の上昇は加えた熱量に比例する 熱量にはcal(カロリー)という単位もある。1calは水1gを1℃上昇させる熱量で、1cal= 約4.2Jである。 一定時間電流が流れたときに消費された電気エネルギーの総量を電力量という。 電力量を求める式　電力量(J) = 電力(w) × 時間(秒) 1Whは 1Wの電力を1時間使い続けたときの電力量であり、1kWhはその1000倍である。 1Wh = 3600 J である。