理科ラボ

物理基礎｜電気（3）電力と電力量

電気のエネルギーは「電力 × 時間」

電力は 1 秒あたりに使う電気のエネルギー、電力量はそれに時間をかけたものです。抵抗に電流が流れると熱（ジュール熱）が出ます。中学のふり返りから始めて、予想してから5つのステップで確かめよう。

ことばの準備

さきに知っておくこと

    ステップ1

    電力 ＝ 電圧 × 電流

    予想：100 V の電源につないだ電球に 0.60 A の電流が流れた。電球の電力は？

    電熱線の熱は全部 水に移るものとする。水の比熱 4.2 J/(g·K)。1 kWh ＝ 3.6×10⁶ J。

    予想を選ぶと、ここで条件を変えられるようになります。

    公式

    この単元の式

    名前式ことばで言うと・単位
    電力P = VI = RI2 = V2/R電力 ＝ 電圧 × 電流単位 W。V ＝ RI で形を変えられる
    ジュール熱Q = VIt = RI2t熱量 ＝ 電力 × 時間単位 J
    電力量W = Pt電力量 ＝ 電力 × 時間J（W × 秒）または kWh（kW × 時間）

    直列（電流が共通）なら P ＝ RI²、並列（電圧が共通）なら P ＝ V²/R を使うと計算が楽。

    重要語句

    この単元でおさえること

    確認問題へ問題ページへ →実験道具：回路の計算電流・電圧・抵抗から、電力を自由に計算しよう →

    実験のあとに読む

    なぜ並列では抵抗の小さい方が熱くなるのか

    何を比べる？

    電流を変えたときの電力、流す時間を変えたときの熱量、抵抗を変えたときの電力、器具の電力を変えたときの電力量、並列と直列での 2 つの電熱線の発熱を比べます。

    結果をどう考える？

    発熱（電力）は P ＝ VI で、電圧と電流の両方で決まります。並列では電圧が同じなので、電流が多く流れる「抵抗の小さい方」が大きく発熱します（P ＝ V²/R）。直列では電流が同じなので、電圧が大きくかかる「抵抗の大きい方」が大きく発熱します（P ＝ RI²）。家庭の電気器具は並列なので、ドライヤーのように電力の大きい器具ほど抵抗は小さく作られています。

    まちがえやすい点・モデルの条件

    「抵抗が大きいほど熱が出る」は、電流が同じとき（直列）だけです。電圧が同じとき（並列）は逆になります。どちらが共通かを先に確かめましょう。

    制作：現役の理科教員 ／ 制作の考え方