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。
    • P=VI
  • 電力量W[Wh]
    • 電力の利用時間がt[s]のとき、電力量Wの計算式は次のようになります。
    • W=Pt[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。
    • Q[J]=W[Ws]
    • 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。
      W[Wh]=3600Q[J]

【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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