電磁気学

電気の仕事と電力

電流は電気エネルギーを他の形に変換します。電力はエネルギー変換の速さで、直流回路では $P=UI$ です。

電位差のある回路素子を電荷が通過すると、電場が仕事をします。そのエネルギーは抵抗の発熱、ランプの発光、モーターの回転などに使われます。理想回路モデルでは、移動した電気エネルギーは電気力の仕事に等しくなります。

電気エネルギーと使用量

電力が一定なら、使用時間が長いほど消費エネルギーは大きくなり、$W=Pt$ です。電気料金ではキロワット時がよく使われ、$1\,\mathrm{kWh}=3.6\times10^6$ J です。kWhは電力ではなくエネルギーの単位です。

純抵抗では瞬時電力は $p=ui$ で、電圧と電流が一定なら $P=UI$ です。時間 $t$ の間に発生する熱はジュール・レンツの法則 $Q=I^2Rt$ に従います。たとえば $10\,\Omega$ の抵抗に $0.50$ A が流れると電力は $2.5$ W で、$4$ 分間に $600$ J の熱へ変換されます。ジュールに換算する前に時間の単位を確認しましょう。

機器に表示された定格電力は、指定された電圧での値です。異なる電圧では性能が低下したり過熱したりすることがあります。電力の式だけでなく、メーカーの安全定格も守りましょう。

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