中学校では、 「熱量」や「電力量」について学習しますが、公式や計算方法は理解できていますか？
この記事では、「熱量・電力量とは」「熱量・電力量の公式」「熱量・電力量の計算」などについて解説しています。
それでは早速、「熱量・電力量」について一緒に学習していきましょう！
【はじめに】自己紹介
このサイトは、現役の中学教師である「たつや」が管理・運営しています。
このサイトは、教師である私が「より多くの人に科学の面白さを知ってもらいたい！」「中学生が理科を好きになるようなサイトをつくりたい！」という思いのもと執筆しています。
私の簡単な自己紹介はこちらです！
 |
| 現役の中学校教師 理科教育歴 ５年 理科の中でも「生物」が大好き！ サイト運営 2021年7月～ 座右の銘は「不言実行」 |
まだまだ発展途上のサイトで、至らない点も多くあるかと思いますが、これからも「かめのこブログ」をよろしくお願いいたします(^○^)
私の詳しいプロフィールはこちらから！
0. 「電流の性質」の記事 一覧
「電流の性質」の単元に関係する記事の一覧です！
今、学習している内容がどこにあたるか確認しておきましょう！
1. 【復習】電力とは
● 電力 … １秒あたりにどれだけのエネルギーを出すことができるか」という値のこと。
電力の単位は、「W（ワット）」です。
例えば、１００Wの電球は、１秒間に１００J（ジュール）の光エネルギーを出すことができます。
また、２０Wのスピーカーは、１秒間に２０J の音エネルギーを出すことができます。
電力は、次の式で求めることができます。
電力［W］ ＝ 電圧［V］ × 電流［I］
（［ ］の中は、単位を表す）
「電力」についてより詳しく知りたい方は、下の解説を参考にしてください！
2. 熱量
① 熱量とは
● 熱量 … 発生した熱エネルギーの量のこと。
熱量とは、発生した熱エネルギーの量のことです。
電気機器から発生した熱エネルギーのことを特に、「発熱量」といいます。
熱量の単位には、「J（ジュール）」「Ws（ワット秒）」「cal（カロリー）」などがありますが、
主に使う単位は「J（ジュール）」です。
② 熱量の公式
熱量の公式は、次の通りです。
熱量［J］ ＝ 電力［W］ × 時間［秒］
（［ ］の中は、単位をあらわす）
電力［W］に時間［秒］をかけ算することで、「熱量［J］」を計算することができます。
「熱量［J］」は、電力［W］と時間［秒］に比例します。
③ ３つの単位「J」「Ws」「cal」 の関係
実は、熱量には「J（ジュール）」以外にも「Ws（ワット秒）」や「cal（カロリー）」があります。
この３つの単位の関係について、きちんと理解しておきましょう！
まずは、「J（ジュール）」と「Ws（ワット秒）」の関係を確認しましょう。
１ J（ジュール） ＝ １ Ws（ワット秒）
つまり、「J」と「Ws」は、まったく同じ意味です。
しかし、「熱量」を表すときには、「J（ジュール）」が使われることが多いです。
「Ws（ワット秒）」は、熱量の公式「熱量 ＝ 電力［W］ × 秒［s］」の記号に注目して覚えましょう。
次は、「J（ジュール）」や「Ws（ワット秒）」と「cal（カロリー）」の関係についてです。
１ cal = 4.2 J ＝ 4.2 Ws
１cal は、水１gを１℃上昇させる熱量で、「約4.2 J」 のことです。
食料品に含まれるエネルギーを表すために使われる単位でもあります。
3. 熱量の計算
それでは、熱量の例題を２つみてきましょう！
先ほど出てきた公式も出てくるので、ついでに公式の確認もしましょう。
熱量の公式は次の通りでした。
熱量［J］ ＝ 電力［W］ × 時間［秒］
この式に、電熱線の熱量「20W」と使った時間「1分＝60秒」をいれると
熱量［J］＝２０［W］×６０［秒］＝1200［J］
したがって、この電熱線が出す熱量は「1200 J」となります。
（1）この回路に流れる電流の大きさ［A］を求めよ。
（2）この電熱線の消費電力［W］を求めよ。
（3）図２のように、電熱線を水の中にいれ、これまでと同じ条件で２０秒間電気を流したときに発生する熱量［J］を求めよ。
まずは（1）を解いていきましょう。
電流の大きさを求める公式は、「オームの法則」から
電流［A］ ＝ 電圧［V］ ÷ 抵抗［Ω］
この式に、問題文の「１０V」と「２Ω」をいれて
電流［A］ ＝ １０［V］ ÷ ２［Ω］ ＝ ５［A］
したがって、この回路に流れる電流の大きさは「５A」です。
次は、（2）についてです。
電力の公式は、
電力［W］ ＝ 電圧［V］ × 電流［A］
この式に、「１０V」と「５A」をいれると
電力［W］ ＝ １０［V］ × ５［A］ ＝ ５０W
したがって、この電熱線の電力は「50 W」となります。
次は、（3）についてです。
熱量を求める時に使う公式は、
熱量［J］ ＝ 電力［W］ × 秒［s］
でした。この式に（2）で求めた電力「５０W」と問題文から「２０s」をいれると
熱量［J］ ＝ ５０［W］ × ２０［s］ ＝ 1000［J］
したがって、この電熱線の発熱量は「1000J」となります。
4. 電力量
① 電力量とは
● 電力量 … 使った電力の量のこと。
電力量は、使った電力の量のことです。
熱量とは違い、電力量は電気が関係する場合にしか使いません。
電力量の単位には、「Ws（ワット秒）」「J（ジュール）」「Wh「ワット時」」「kWh「キロワット時」」などがありますが、
主に使われる単位は、「Ws（ワット秒）」「Wh（ワット時）」の２つです。
② 電力量の公式
電力量を求めるための公式は、時間の単位に「秒［s］」と「時間［h］」のどちらを使うかによって２つあります。
【 秒［s］を使う場合 】
電力量［Ws］ ＝ 電力［W］ × 秒［s］
【 時間［h］を使う場合 】
電力量［Wh］ = 電力［W］ × 時間［h］
問題によって、どちらの単位で答えるかは違うため、どちらの単位が来ても答えられるようにしましょう！
③ ３つの単位「Ws」「Wh」「kWs」の関係
「Ws（ワット秒）」「Wh（ワット時）」「kWs（キロワット時）」の関係は次の通りです。
① １Wh ＝ 3600 Ws
② 1 kWh = 1000 Wh
まずは、①について説明します。
「Wh（ワット時）」と「Ws（ワット秒）」の関係は、１時間と１秒の関係と同じように考えましょう。
１時間（１h）は、秒になおすと3600秒になります。
したがって、「Wh（ワット時）」は「Ws（ワット秒）」の3600倍になるので
１Wh ＝ 3600 Ws
という関係になります。
次は、②について説明していきます。
「kWh（キロワット時）」の「k（キロ）」には、1000倍という意味があります。
そのため、「1 kg = 1000 g」と同じように
1 kWh = 1000 Wh
という関係になります。
5. 電力量の計算
それでは、電力量に関する計算問題を見ていきましょう！
600Wのエアコンを3時間稼働させ続けました。エアコンに関する次の問題に答えなさい。
（1）エアコンで使った電力量［Wh］を求めなさい。
（2）（1）の答えを［kWh（キロワット時）］で表しなさい。
まずは、（1）から解いていきましょう。
電力量の公式（Whの場合）は次の通りでした。
電力量［Wh］=電力［W］×時間［h］
この式に、電力「600W」、時間「3h」をいれると
電力量［Wh］=600［W］×3［h］=1800［Wh］
したがって、エアコンで使った電力量は「1800Wh」となります。
続いて、（2）です。
単位の「Wh（ワット時）」と「kWh（キロワット時）」の関係は次の通りでした。
1000 ［Wh］ ＝ 1 ［kWh］
つまり、「Wh」の値を÷1000すると、「kWh」に直すことができます。
よって、「1800 Wh」を÷1000して、「kWh」に直すと
1800［Wh］ ÷ 1000 ＝ 1.8［kWh］
したがって、（2）の解答は「1.8 kWh」となります。
6. まとめ
今回は、「熱量・電力量の公式と計算」について解説しました。
最後に、今回のポイントをおさらいしておきましょう！
① 「熱量」とは、「発生した熱エネルギーの量」のこと。
② 熱量の公式は、「熱量［J］＝電力［W］×時間［秒］」。
③ 「電力量」とは、「使った電力の量」のこと。
④ 電力量の公式は、次の２種類。
電力量［Ws］ ＝ 電力［W］ × 秒［s］
電力量［Wh］ ＝ 電力［W］ × 時間［h］
最後まで読んでいただき、ありがとうございました！
わかりやすい解説ありがとうございます！
テストに役立たせていただきます！
読んでいただきありがとうございます。テスト頑張ってください(^^)