抵抗に電流を流すと熱が出ます。電気ストーブもドライヤーも、この発熱を利用したもの。ジュールの法則で熱量を計算しましょう。
戸倉 ジャスミン
スマホを充電しながらゲームすると、めちゃくちゃ熱くなるんだけど。
あれも電気のせい?
香月 リサ 先生
あらあら、それは充電しすぎね。
ええ、抵抗に電流が流れると必ず熱が発生するの。
これをジュール熱というのよ。
深見 つむぎ
式はQ=I²Rt。
Q が発熱量[J]、I が電流[A]、R が抵抗[Ω]、t が時間[秒]です。
単位がジュール[J]で、時間は秒であることに注意ですね。
雪村 ましろ
電流だけ2乗なんですね…なんだか不公平なような。
香月 リサ 先生
その2乗が効くのよ。
電流が2倍になれば熱は4倍。
だからコードを細く長く延ばして大電流を流すのは危ないの。
戸倉 ジャスミン
うぅ…タコ足配線が危ないってそういうことか。
急に他人事じゃなくなった。
深見 つむぎ
つまり発熱量は電力に時間を掛けたもの、という理解で合っていますか? P=I²R でしたから、Q = P × t とも書けるはずです。
香月 リサ 先生
そのとおり。
だから計算では P を先に出してしまうほうが楽なことも多いわ。
やってみましょう、20Ωの抵抗に5Aを60秒流したときの発熱量は?
雪村 ましろ
えっと、5の2乗が25、25 × 20 = 500、それに60をかけて…30000J、です。
深見 つむぎ
正解。
P = I²R = 500W だから、500 × 60 = 30000J。
どちらの道でも同じ答えね。
雪村 ましろ
えへへ、ちゃんと合った。
戸倉 ジャスミン
でも先生、Jって言われてもピンとこないんだよね。
何ジュールでお湯が沸くの?
香月 リサ 先生
いい質問。
水を温めるのに必要な熱は、水1グラムを1度上げるのに約4.2J。
これを比熱というわ。
深見 つむぎ
では1リットル、つまり1000gの水を20度上げるなら、1000 × 20 × 4.2 = 84000J。
500Wのヒーターを使えば 84000 ÷ 500 = 168秒、およそ3分弱です。
戸倉 ジャスミン
おお〜、意外と現実的な数字だ! 電気って本当に熱に化けてるんだね。
香月 リサ 先生
そして換算もひとつ。
1Wh = 3600J よ。
時間[h]と秒[s]の橋渡しになるから、1kWh=3600kJとセットで覚えておいてね。
確認クイズ
10Ω の抵抗に 3A の電流を 20秒間流したときに発生する熱量[J]はいくらか。
- 600J
- 1800J
- 3600J
- 6000J
こたえを見る
正解: 2. 1800J
ジュールの法則 Q = I²Rt より、Q = 3² × 10 × 20 = 9 × 10 × 20 = 1800J です。選択肢1は電流を2乗し忘れた場合(3 × 10 × 20 = 600)の値なので注意しましょう。電流だけが2乗される、という点がこの法則の最大のポイントです。