【中学理科】電力・電力量・熱量の計算方法

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電気回路の計算ができるようになれば、次は電力[W]や電力量[Wh]、熱量[J]の計算に入ります。ここは、計算式をしっかりと覚え当てはめて計算するだけで完璧になります。

電力とは?

電気は、いろいろな電気器具で、電気エネルギーを熱エネルギーや光エネルギー、音エネルギー、運動エネルギーなどに変換され利用されています。このときの1秒あたりに使う電気の量を「電力」といいます。

電力は[Wワットという単位で表され、電力が大きければ大きいほど、電気器具に流れる電流が大きくなり、それだけ大きなはたらきができるようになります。200Wの電球と400Wの電球では、400Wの電球の方が電力が大きいです。したがって400Wの電球に大きな電流が流れ、明るく光ることがわかります。

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電力の求め方

電力Wは次の計算式で求めることができます。

電力[W]の求め方!電力[W]=電圧[V]×電流[A]

つまり、電力は電圧と電流の積で求めることができるのです。

ここで注意したいのが、「掛け算」なのか[割り算]なのかです。電圧Vを電流Aで割ってしまうと、抵抗[Ω]の大きさを計算してしまいます。電圧[V]×電流[A]で電圧[W]が求まることをしっかり覚えておきましょう。

電力の計算問題

(1)20Vの電圧をかけると5Aの電流が流れた。このときの電力は何Wか。

(2)100Vで使用すると500Wの電力になる電気器具には、何Aの電流が流れるか。

(3)100Vで使用すると500Wの電力になる電気器具の抵抗は何Ωか。

(4)電圧を2倍にすると、電力は何倍になるか。

電力 解答・解説

(1)100W
20V×5A=100W

(2)5A
500W÷100V=5A

(3)20Ω
500W÷100V=5A 100V÷5A=20Ω

(4)4倍
電圧は電流を流そうとする圧力です。したがって、電圧を2倍にすると、電流も2倍になります。電圧と電流の積で求められる電力は4倍になります。

電力量とは?

電力量とは、電気器具が一定時間に消費する電力の量のことです。電力[W]が1秒あたりに使用した電気の量なので、それに使用した時間をかけることによって求めることができます。

電力量には、[Whワット時や[kWhキロワット時、[Jジュールなどの単位があります。使う電気の量の大きさで使い分けることになります。

電力量の求め方

電力量[Wh]と[J]は次のように求めます。

電力量[Wh]と[J]の求め方!❶電力量[Wh]=電力[W]×使用した時間[h]
❷電力量[J]=電力[W]×使用した秒[s]

使用した時間に、時間[h]か秒[s]を使うだけの違いですね。ちなみに1000Whで1kWhになります。

電力量の計算問題

(1)100Wの電球を5時間点灯させたときの電力量は何Whか。

(2)600Wの電気器具を20時間使用したときの電力量は何kWhか。

(3)100Wの電熱線を2分使用したときの電力量は何Jか。

(4)100Vの電圧をかけると、2Aの電流が流れる電球を10分使用したときの電力量は何Jか。

電力量 解答・解説

(1)500Wh
100W×5h=500Wh

(2)12kWh
600W×20h=12000Wh=12kWh

(3)12000J
100W×120秒=12000J

(4)120000J
100V×2A=200W
200W×600秒=120000J

熱量とは?

熱量は、電熱線から発生した熱の量や、一定量の水の温度上昇で表されます。熱量は、電流を流した時間と電力の大きさに比例します。

熱量の単位には[Jジュールや[calカロリーがあります。[J]ジュールは電力量で登場した[J]と同じです。

熱量の求め方

熱量の求め方は、電熱線から出た熱量と、水が得た熱量の求め方があります。

熱量の求め方!❶電熱線から出た熱量
熱量[J]=電力[W]×使用した秒[s]
❷水が得た熱量
熱量[J]=水の質量[g]×上昇温度[℃]×4.2

4.2という数字は、水の比熱といって、水1gを1℃上昇させるのに必要な熱の量が4.2Jだということです。ちなみに、水1gを1℃上昇させるのに必要な熱量を1calといったりもします。

熱量の計算問題

(1)100Wの電熱線を1分間使用したとき、電熱線から出る熱量は何Jか。

(2)水100gを3℃上昇させるのに必要な熱量は何Jか。ただし、1gの水を1℃上昇させるに4.2J必要であるとする。

熱量 解答・解説

(1)6000J
100W×60秒=6000J

(2)1260J
100g×3℃×4.2=1260J

電力・電力量・熱量の実戦問題に挑戦

電力[W]を求めたり、熱量[J]を求めさせる問題は、回路の計算問題と一緒に出題されることが多いです。ここで、回路の計算も含めて実戦レベルの問題に挑戦してみましょう。水の温度を上昇させる問題と、電気回路での計算問題の2タイプを準備しています。

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