電力・電力量・熱量の違いと変換式【電験3種・理論】

電力[W]・電力量[Ws, Wh]・熱量[J]とは？違いと変換のための計算式についてまとめました。

電力・電力量・熱量とは

• 電力P[W]
  • 1秒あたりに使用する電気エネルギー量もしくは熱量(J)（1時間あたりの場合もあり）
• 電力量W[Ws], [Wh]
  • 電力の総使用量。利用時間分だけ使用した電力。
  • Wsなら秒単位、Whなら時間単位
• 熱量Q[J]
  • 熱エネルギーの総量（電力量と同じ）。
  • 1(W)=1(J/秒)

電力・電力量・熱量の相互変換

• 電力P[W]
  • 電圧V[V]、電流I[A]のとき、電力P[W]の計算式は次のとおりです。
  • 
• 電力量W[Wh]
  • 電力の利用時間がのとき、電力量Wの計算式は次のようになります。
  • [Ws]
  • つまり、電力量は「利用時間分だけ消費した電力」を表しています。
  • 実際には、秒単位だと扱いにくいので、単位はWh（時間単位）が用いられています。
• 熱量Q[J]
  • 熱量Q[J]と電力量W[Ws]は等しくなります。
  • 
  • ただし、電力量の単位が[Wh]の場合、1時間=3600[秒]なので3600倍になります。
    

【例題1】発熱量Qと消費電力Wの相互変換

【問題】

消費電力が400Wの電熱器を、1時間20分使用した時の発熱量[kJ]はいくらか。

【解答】

• 使用時間は1時間20分＝4800秒

• 発熱量[kJ]=Wt=400・4800=1920000[J]=1920[KJ]

【例題2】

【問題】

電熱器により、60kgの水の温度を20K上昇させるのに必要な電力量［kW・h］は。

ただし、水の比熱は4.2kJ／（kg・K）とし、熱効率は100%とする。

【解答】

• 60kgの水を20K（＝℃）上昇させるために必要な熱量は以下の式で求められます。
  熱量=質量×上昇温度×比熱=60×20×4.2=5040 [kJ]

• 1[J]＝1[W・s]より、5040 [kJ] = 5040[kw・s]求められているのは電力量［kW・h］なので、1[J]＝1[W・s]＝1/3600[W・h]より電力量［kW・h］=5040/3600=1.4 [kW・h]が正解となります。

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