中学の理科で習う「電力」についての質問

質問

私は今中３なのですが、
理科の「電力」が全く分かりません。
もう受験生なので分からないことを解決したいです！
ちなみに４つ質問があります。

(1)電力とは何か。
(2)電力は電流や電圧とどう違うか。
(3)「６Ｖ－１８Ｗ」と表示された電熱線と「６Ｖ－９Ｗ」と表示された電熱線は
電力が違うけどどう変わるのか。　

(2)「熱量（ｃａｌ）」と「電力量（Ｊ）」の違い
　二つとも、求める式（電力［Ｗ］×時間［秒］）が同じだけど、
どちらも少し違うそうです。
　二つには、どんな違いがありますか。

電力が特に苦手なので、よろしくお願いします。

回答No.7

pascal3141 · ベストアンサー

(1)(2)は同じ質問になりますので、まとめて説明します。
　電流・電圧の教科書で、最初の説明の時に、電流は「流れる水の量」にあたり、電圧は「水の落差」に当たる様に書いてあったことを思い出してください。当然電流回路は、「川」そのものに当たります。そこで、川の下流に、「水車」（これが抵抗や電球に当たりますが）があったとします。水車を勢いよく回すには、「流れる水の量」が多いほど、「水の落差」があればあるほどよく回るはずです。そこで、「水車」を回す力は、「流れる水の量」×「水の落差」に比例すると考えていいでしょう。ということは
「水車」を回す力＝「流れる水の量」×「水の落差」という式で、水車の回す力と約束したらいいことになります。ここで
「水車」を回す力（電力）＝「流れる水の量」（電流）×「水の落差」（電圧）という式が生まれたのです。当然電力は新しい物ですので、単位も新しくワット（Ｗ）で表すと決めました。よって、
　　電力（Ｗ）＝電流（Ａ）×電圧（Ｖ）

(3)「６Ｖ－１８Ｗ」は、６Ｖをつないだときに、１８Ｗの電力を出す電気器具（電流＝１８Ｗ÷６Ｖ＝３Ａ）
　　「６Ｖ－９Ｗ」は、６Ｖをつないだときに、９Ｗの電力を出す電気器具（電流＝９Ｗ÷６Ｖ＝１．５Ａ）

　という意味です。すると同じ６Ｖをつないだ時には、１８Ｗの方が、電球では明るくなり、モーターなどではよく回るということになります。（上でたとえた、水車で言えば、どちらも６Ｖつまり水の落差は同じでも、水の量が３Ａ、１．５Ａですので「６Ｖ－１８Ｗ」の方がよく水車が回るということです）
　　こういう風に、電力（Ｗ）が大きいほど、電気器具を動かす「能力」が大きくなるのです。
(4)ここで、(3)の2つの電気器具を電熱線として、もう少し詳しく考えます。上の説明でもわかるように確かに「６Ｖ－１８Ｗ」の方が
「６Ｖ－９Ｗ」より能力は大きいですが、もし「６Ｖ－１８Ｗ」を１秒間、「６Ｖ－９Ｗ」を1分間使ったときには、能力の低い「６Ｖ－９Ｗ」の方でも、「６Ｖ－１８Ｗ」より十分あつくなります。エネルギーで考えると、
「６Ｖ－９Ｗ」を1分間使ったときの方が、エネルギーをたくさん出すことがわかります。
つまり、エネルギーで考える場合は、能力（電力）だけでなく、時間も考えにいれなくてはなりません。
そこで、電力量（Ｊ）＝電力（Ｗ）×時間（秒）を考えて、この量が電気器具の出すエネルギーとしたのです。
　さて、熱量（cal）は、元々別の所から出てきた単位です。普段でも水をわかしたりすることがあります。昔、蒸気機関が発明されたときは、この力で機関車を動かしました。すると、機械などの能力を表すのに水1gを1℃あげる熱を1calとして考えると、水3000gを50℃温度をあげるのに、3000×50＝150000cal必要だから、どれだけの薪や石炭をいれたらいいかと計算できるようになります。そのようにしてcalが考えられてきました。これも熱なので、エネルギーの1種です。
　すると、電力量（Ｊ）もエネルギーで、熱（cal）もエネルギーなので、換算できることになります。電気でモーターを回し先についたプロペラで水を攪拌します。そのときに水の温度が上昇します。このようにして電力量がいくらで熱量がどれだけ出るかをしらべたら、4.2J＝1calになることがわかったのです。（この換算式を逆に書くと、1J＝0.24calになります）

　だいぶ駆け足で説明しましたが、わかったでしょうか。

お礼

電流とか電圧とかた例え方は、
教科書のは理解できませんでしたが、
とてもわかりやすかったです。
calの起源もわかってよかったです。
電力、大体わかりました。
一番わかりやすかったです。
ありがとうございました。