電力と電力量の公式と説明(中学理科)

1秒間で使う電気エネルギーを電力、x秒間で使う電気エネルギーを電力量といいます。

電力量 = 電力 × 時間

電気エネルギーと電力

エネルギーには重力エネルギー、熱エネルギー、電気エネルギーなどがあります。熱エネルギーは水や空気を温めるときのエネルギーで、電気エネルギーはスマートフォンや扇風機を使うときのエネルギーです。

電気自動車とスマートフォンでは使う電気エネルギーが何百倍(何万倍?)も違うと考えられます。この「エネルギーの程度」を知るために、物理は電力という考えをとります。

電力
= 1秒間で使う電気エネルギー
= 電流 × 電圧

難しい式が出てきました。一般的に大きい製品の電力は大きく、小さい製品の電力は小さい。スマートフォンの場合、動画を見たりゲームをしたりすると一時的に電力が大きくなり、バッテリーが急に減っていく。

電力の単位

電力はW(ワット)で表します。電気ストーブを持っている方は、400W、800W、1200Wという表記を見たことがあるでしょう。400Wくらいではあまり暖かくなりませんね。

電力量

電力を縦、時間を横とすれば、電力量は面積となります。電力量の単位はJ(ジュール)。

電力会社、例えば東京電力は各家庭の電力量に応じて電気料金を請求するわけです。

400Wの電気ストーブを1秒間使ったら、どれだけ電力量を使ったことになるでしょうか? もちろん400Jですね。

2秒間では、800J
3秒間では、1200J
90秒間では、36000J
9000秒間では、3600000J

の電力量。

ここで東京電力は

3600000J=19.43円

としているので、9000秒間(150分)使うと20円くらいの料金が発生します。

あなたの電気ストーブの料金を計算してみよう

東京の真冬に電気ストーブを使うとすれば、部屋の大きさや窓ガラスの作りによりますが、だいたい800W前後に設定するでしょう。ここでは800Wとする。

学校から帰って寝るまでの3時間ほど、電気ストーブをつけるとします。3時間は

3×60×60=10800秒

だから

800W×10800秒=8640000J

の電力量を1日に消費することになります。東京電力は3600000J=19.43円だったので

8640000÷3600000×19.43
=2.4×19.43
≒47円

この人は1日あたり47円を東京電力に払うことになります。一ヶ月にすると

47×30=1410円

1400円となります。

1Jの熱量

電流が流れている銅線を触るとやけどしますね。これは電気エネルギーが熱エネルギーでもあることを意味します。

電力量は熱でもある。電気ストーブの前にいると暖かくなるのは、電力量(電気エネルギー)が熱として私たちの体を暖めるからです。

では、1Jはどのくらいの熱を持っているでしょうか?

1J
=1gの水を0.24℃上げるくらいの熱

です。しかしテストでは

4.2J
=1gの水を1℃上げる熱

という知識がよく出ます。

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