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電気とそのエネルギー

1 電力と熱量

(1)電力

 電気器具が1秒で消費する電気の量のことをいいます。これによって電気器具の能力の大小が表されます。

  • 電力の単位と式

     電力の単位にはW(ワット)やkW(キロワット)が使われます。電力の記号はPが使われ,電気器具にかかる電圧と電流の積で電力は表されます。

    (公式) 電力(W)=電圧(V)×電流(A)

    つまりP=IVという表現もできます。

  • 1Wとは?

     電気器具に1Vの電圧を加えたときに1Aの電流が流れたときの電力を表します。

  • 消費電力

     電気器具に表示されている「100V−1000W」は100Vの電圧を使用した場合,その電気器具が消費する電力が1000Wであることを表しています。つまりこの場合,1000W÷100V=10Aの電流が電気器具に流れていることがわかります。

    家庭の電気配線

    家庭の電気配線は基本的に並列つなぎになっています。従って,コンセントに電気器具をつなぐとどの電気器具にも100Vの電圧がかかります。

    電力による電気器具のはたらき

  • 全体の消費電力

    使用した電気器具の消費電力の総和で表すことができます。

(2)電力量

 電流のはたらきによって消費されたエネルギーの量のことをいいます。

  • 電力量の単位と式

     電力量の単位にはJ(ジュール),やWs(ワット秒),kWh(キロワット時)が使われます。電気量は消費電力と使用時間の積で表されます。

    (公式) 電力量(J)(Ws)=電力(W)×時間(秒)

    (公式) 電力量(Wh)=電力(W)×(時間)

  • 1Jとは?

     1Wの電力を1秒使用したときの電力量のことをいいます。1J=1Wsとなります。

    1Whとは1Wの電力を1時間使用したときの電力量を表します。1kWh=1000Whとなります。

(3)熱量

 電熱線で発生する熱の量(熱量)は電熱線で消費した電力量と同じです。

  • 熱量の単位と式

     熱量の単位はJ(ジュール)やcal(カロリー)を使います。熱量を求める式は電熱線で消費した電力量と同じになります。

    (公式) 熱量(J)=電力(W)×時間(秒)

  • カロリー(cal)

     日常生活において,熱量の単位はふつうcalを使います。1calとは水1gを1℃上昇させるのに必要な熱量のことをいいます。つまり水の得た熱量は水の質量(g)×水の温度上昇(℃)で求めることができます。

    (公式) 水の得た熱量(cal)=水の質量(g)×水の温度上昇(℃)

(4)電熱線による水の温度上昇と熱量

 電熱線で発生した熱量は水の温度上昇からも求めることができます。熱の単位にはJとcalがありますが1cal=4.2Jとなります。

(公式) 電熱線で発生した熱量(J)= 4.2×水の質量(g)×水の温度上昇(℃)

実際は電熱線で発生した熱量よりも水の得た熱量の方が小さくなります。これは電熱線で発生した熱は水以外の物(例えば容器など)の温度上昇に使われるからです。

〈実験〉 電熱線の発熱と電力・電力量

  • 6V−6W,6V−9W,6V−18Wの電熱線を用いて,図のような回路をつくり,電熱線に6.0Vの電圧を加える。
  • ときどきかき混ぜ,水の上昇温度を調べる。

電熱線の発熱と電力・電力量

結果

時間〔分〕 1 2 3 4 5
水の上昇 温度〔℃〕 6W 0.8 1.6 2.4 3.1 4.0
9W 1.2 2.5 3.6 4.7 6.0
18W 2.4 4.8 7.2 9.4 12.0

5分間の電力量6W…6〔W〕×300〔s〕=1800〔J〕
9 W…9〔W〕× 300〔s〕= 2700〔J〕
18 W…18〔W〕× 300〔s〕= 5400〔J〕

電熱線の発熱と電力・電力量

2 電流のはたらきと電気器具

(1)電気のもつエネルギー

 電流によって熱や光,音などが発生したり,物体を運動させたりすることができます。これは電気がエネルギーをもつためです。エネルギーは目に見えるものではありませんが,はたらきがあります。

(2)熱を発生させる電気器具

 電気ストーブ,電気ポット,ドライヤー,電子レンジなど。電子レンジ以外は電熱線に電流が流れることで熱を発生させます。

(3)光を発生させる電気器具

 電球,蛍光灯,LEDなど。電球にはタングステンという金属がフィラメントとして使われています。

(4)音を発生させる電気器具

 ブザー,ラジオ,ステレオなど。ブザー以外は中に音を出すスピーカーがあります。

(5)物体を運動させる電気器具

 掃除機,洗濯機,扇風機,電車など。多くの器具の中にはモーターがあります。

電流のはたらきと電気器具

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