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2020.06.22
理論

1〔J〕と1〔W〕、1〔W・h〕の関係

電験三種では、1〔J〕と1〔W〕、1〔W・h〕の関係をしっかり理解しておく必要があります。
ここではそれぞれの説明とどのような関係があるのかを解説します。

目次

  1. 1〔J〕とは?
  2. 1〔W〕とは?
  3. 1〔W・h〕とは?
  4. 1〔J〕と1〔W〕、1〔W・h〕の関係
  5. まとめ

 

1〔J〕とは?

1〔J〕は、仕事量・エネルギー・熱量などの単位で、ジュールと読みます。

物理でいう「仕事」とは、物体に力を加えてその物体を移動させることをいいます。
1〔J〕は、物体に1〔N〕の力を加えて、その物体を力の方向に1〔m〕移動させたときの仕事量を表します。

1〔J〕=1〔N〕×1〔m〕

これより、〔J〕=〔N・m〕(ニュートンメートル)とわかります。
この〔N・m〕は、トルク(物体を回転させる力)を表す単位でもあります。

また、力学的エネルギー(運動エネルギーや位置エネルギーなど)、熱エネルギー、電気エネルギー、光エネルギー、化学エネルギー、核エネルギーなどの仕事をすることのできる能力を表す単位としても、〔J〕が用いられます。

さらに、抵抗に電流を流すと抵抗が発熱します。
これは電気エネルギーが熱エネルギーに変化したということです。
この熱をジュール熱といいます。
1〔J〕は1〔W〕の電力で1秒間電流を流したときに発生する熱量です。

1〔J〕=1〔W〕×1〔s〕

 

1〔W〕とは?

〔W〕は電力の単位で、ワットと読みます。
1〔A〕の電流が流れる2点間に1〔V〕の電圧が加わっているとき、その2点間で消費される電力が1〔W〕となります。

1〔W〕=1〔A〕×1〔V〕

また、1〔J〕とは?であった1〔J〕=1〔W〕×1〔s〕より、次の式が得られます。

1〔W〕=1〔J〕÷1〔s〕=1〔J/s〕

この式から、1〔W〕は、1〔J〕の仕事を1秒間でしたときの仕事率とも言います。

 

1〔W・h〕とは?

〔W・h〕は電力量の単位で、ワットアワーと読みます。

電力量は、電力〔W〕に時間をかけ算して求めます。
つまり、「電力量=電力×時間」です。

このかけ算する時間の単位を秒〔s〕としたときの電力量の単位は〔W・s〕、時間〔h〕としたときの電力量の単位は〔W・h〕となります。
つまり、1〔W・h〕は、1〔W〕の電力を1時間使ったときの電力量です。

1〔W・h〕=1〔W〕×1〔h〕

私たちの電気料金も、この電力量〔W・h〕の大きさで決まっています。

 

1〔J〕と1〔W〕、1〔W・h〕の関係

1〔J〕とは?であった1〔J〕=1〔W〕×1〔s〕をもう少し詳しく見ていきましょう。
この式より、次の単位の関係がわかります。

〔J〕=〔W・s〕

右辺の〔W・s〕は電力量の単位です。
つまり、1〔J〕は1〔W〕の電力で1秒間電流を流したときに発生する熱量と言いましたが、1〔W〕の電力を1秒間使ったときの電力量と言うこともできます。

ここまでは1〔J〕と1〔W〕の関係からわかったことですが、ここから1〔J〕と1〔W・h〕の関係を考えていきましょう。

1〔W・h〕は1〔W〕の電力を1時間使ったときの電力量です。
1時間を秒の単位〔s〕に変換すると、60秒×60分で3600秒ですね。
よって、1〔W・h〕を変換すると次のようになります。

1〔W・h〕=1〔W〕×1〔h〕=1〔W〕×3600〔s〕=3600〔W・s〕

〔W・s〕は〔J〕と同じです。
つまり、1〔W・h〕=3600〔J〕ということがわかります。

これを使えば、電力量〔W・h〕を熱量〔J〕に換算することができます。

 

まとめ

これらは理論の基本的な内容ばかりです。
しかし、電力量を熱量に換算することは特に電力科目で多くあります。
そのときにこの関係が理解できていないとなぜ3600が出てくるのかわかりません。
しっかり理解しておくようにしましょう。