電力・電力量と発熱量

電力

電力とは、単位時間あたりに電気エネルギーがどれほどの仕事をしたかをあらわすものです。 ここでの仕事とは、物を動かしたり、何かを動作させたりする力です。イメージが難しいかもしれませんが、 この電力では、これ位の仕事が出来るというイメージになります。

電力［Ｗ］＝電圧［Ｖ］×電流［Ａ］

通常、電力はＰ、電圧はＶ、電流はＩ、抵抗はＲで表示されます。ここでオームの法則により公式を 変換してみます。

Ｖ＝ＩＲ

なので

となります。このことより、電力は電流の２乗に比例して大きくなります。

電力量

電力量とは、一定電力が、ある時間内にした仕事の総和を表します。っと言っても難しいですね。 電力は仕事ですが、これに時間をかけて、仕事の量をあらわしているのです。この仕事を１時間しました。 と言う感じで、同じ電力でも、長い時間使えば電力量も増加します。

電力量［Ｗｓ］＝電力Ｐ［Ｗ］×時間ｔ［ｓ］（秒）

電力量［Ｗｈ］＝電力Ｐ［Ｗ］×時間ｔ［ｈ］（時間）

つまり４００ｋＷのコタツを１時間使用する場合と、８００ｋＷのファンヒーターを３０分使用 する場合で考えますと、電力量は同じなのです。

発熱量（ジュール熱）

電流が流れることによって、毎秒発生する熱をジュール熱と呼びます。電流が抵抗中を流れると、 熱が発生します。これは電気エネルギーが熱エネルギーに変わっているのです。家庭内でタコ足配線を している線が温かいのは、電線の抵抗によって発熱しているのです。発熱量は電流の２乗に比例して 大きくなるので、タコ足配線などで、電流を増やせば大きく発熱します。

熱量をＨ、抵抗をＲ、電流をＩ、時間をｔ［秒］としたとき、

とあらわすことが出来ます。

電力量と発熱量

ここまで説明しましたが、いまいち分かりにくいかもしれません。そこで実際に問題を解きながら解説 してみます。ここではカロリーという言葉が出てきます。これは普段よく効くカロリーです。

まずは１［ｋＷｈ］＝８６０［ｋｃａｌ］、１［ｃａｌ］＝４．１８６［Ｊ］ということを覚えてください。 なぜこのようになるのかと言うと、単位が違うからです。上の例で言うと、１［ｋＷｈ］をカロリーに変換すると ８６０［ｋｃａｌ］になります。単位の違いは日常でも体験できると思います。例えば「お金」です。１００円と １ドルをそのままでは、計算できません。どちらかの単位にあわせる必要があります。同じように単位が違うと 計算が出来ない場合もありますし、求める答えの単位が指定されている場合もあります。単位の変換は覚えて おきましょう。

水１［ｇ］の温度を１［℃］上昇させるのに必要な熱量は１［ｃａｌ］です。これは基本的なことなので 覚えておいてください。覚えやすいとは思いますが。

それでは問題に入ります。消費電力４［ｋＷ］の電気温水器で、３００［ｌ］の水を１７［℃］から８５［℃］ まで上昇させるために必要な時間はどれ位か？という問題です。ここでは電気温水器の熱効率は１００％とします。

水１［ｇ］の温度を１［℃］上昇させるのに必要な熱量は１［ｃａｌ］です。、３００［ｌ］は３００［ｋｇ］と なります。温度は１７［℃］から８５［℃］までなので、６８［℃］上昇させることになります。つまり３００［ｋｇ］ の水を６８［℃］上昇させることになるので

３００［ｋｇ］×６８［℃］＝２０４００［ｋｃａｌ］

となります。単位に注意して下さい。［ｋｇ］で計算していますので［ｋｃａｌ］になっています。 ［ｇ］で計算すると、０が多くなり、間違えやすいので［ｋｇ］で計算しました。このことから、３００［ｌ］ の水を６８［℃］上昇させるのに必要な熱量は２０４００［ｋｃａｌ］となります。

１［ｋＷｈ］＝８６０［ｋｃａｌ］です。つまり８６０［ｋｃａｌ］は１［ｋＷ］を１時間使用した 場合の熱量です。今回の電気温水器は４［ｋＷｈ］なので、１時間で３４４０［ｋｃａｌ］の熱量が 発生します。

必要な熱量が２０４００［ｋｃａｌ］で、１時間で３４４０［ｋｃａｌ］発生できる電気温水器なので、 ２０４００［ｋｃａｌ］発生するには、

ｈ＝２０４００［ｋｃａｌ］／３４４０［ｋｃａｌ］

で、約６時間かかるということです。

効率が１００％と言うのは、電気温水器で水だけを温め、水を温めること以外にはエネルギーを使わない ということです。実際には容器などもありますし、効率は下がります。効率が下がると、暖めるのに時間が かかります。

例えば効率が８０％であれば、電気温水器の出力の８０％で計算すればいいので

４［ｋＷ］×０．８＝３．２［ｋＷ］

となり、この出力で計算すると、時間が長くなります。

第二種電気工事士