電磁気学
電気の仕事と電力
直流負荷で変換される電気エネルギーを追跡します。、 を確かめ、ジュールとキロワット時の単位換算を行います。
⚠ 図の回路は仮想です。実際の負荷を測る際は部品の定格内に電流・電圧を抑え、過熱を防いでください。
器具
- 発光・発熱する負荷を持つ仮想直流回路
- 電圧と電流のスライダー
- 運転時間のスライダー
- エネルギーを積算する仮想電力量計と P・W の表示
手順
U と I に対する電力を測る
二つのスライダーで U、I を設定し、表示の電力を読みます。 を確かめます。I を固定して U を上げると P は比例して増え、図中の負荷の明るさも対応して変わります。
時間とともに電気エネルギーを積算する
U、I を固定して時間スライダーを動かします。メーターは に沿って線形に積算します。先ほど測った P で t = 60 s のとき を確かめ、ジュールの値を記録します。
キロワット時へ換算する
測った W の値を で割って kWh に換算します。電気料金の単位です。1000 W の負荷が1時間で1 kWh を消費すると見積もり、U を2倍にしたときの表示をスライダーを動かす前に予測します。
シミュレーション
実験の歴史
1840〜1843年、ジェームズ・プレスコット・ジュールは通電した導線の発熱を測定し、 の法則を立てました。電気エネルギーが決まった割合で熱に変わることを示し、エネルギー保存則の確立に貢献しました。エネルギーのSI単位ジュールは彼の名です。
電力 の概念は19世紀末の商用電力網とともに育ち、最初の電力量計（オリバー・シャレンバーガー、1888年、アンペア時計を発展）が消費エネルギーによる課金を可能にしました。今日のキロワット時の前身です。