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中学の理科で習う「電力」についての質問

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。

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(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。 

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質問者からのお礼

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。

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  • 回答No.6
  • EleMech
  • ベストアンサー率52% (393/748)

(1) 電気を使用した時の電気使用量、もしくは電気を使用できる量と考えれば、何となく理解できないでしょうか。 (2) 違うという意味では、説明できません。 電力は電圧と電流を掛け合わせたものなので、どちらも電力を測定するのに必要なものだからです。 実際の配線も、電圧と電流の両方を測定するようになっており、公式のW=VIの通りです。 (3) 6Vは使用電圧を指しており、これ以上高い電圧を掛けると絶縁体が壊れる可能性のある事を表示しています。 18W、又は9Wは、これを使用した時の電気量の上限を指しており、電圧上限6Vで使用したとすると、  18W = 6 × I    I = 3A  9W = 6 × I   I = 1.5A となり、事実上の定格電流を表しています。 これ以下の電圧で使用した場合には、もう少し電流を流してよくなるので、色々な使用条件に対して適合している事を表す為に、こういった曖昧とも思える表現になります。 (2) 元々別々の規格で規定されていたものを、両方で近い値を等しいものとしたので、無理な部分が出るのは当然の事です。 これについては深く考えず、単純に教科書どおり覚えておく事が良いと思います。

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質問者からのお礼

電流と電圧と電力は関係しているんですね。 わかりやすかったです。 ありがとうございました。

  • 回答No.5
  • Willyt
  • ベストアンサー率25% (2858/11130)

1.電力は電気の強さで、1秒間に出るエネルギーを計算し、これで表わします。電流×電圧で計算されます。これをワットと言います。 2.電流は単位時間に電気の流れる量です。電圧は電位の差です。水の場合の水位と同じものと考えていいでしょう。 3.6Vー18Wというのは6Vの電源に繋ぐと3アンペアの電流が流れることを意味します。出力は18ワットになります。 熱量は熱エネルギーの高さを表わすものです。電力量はジュールではなくクーロンで、これは電子の数を表わします。熱量に相当する量は電力×時間で、これがジュールになります。電気エネルギーと熱エネルギーは当然違います。電気エネルギーは100%熱エネルギ-に変換できますが、熱エネルギーはその一部しか電気エネルギーに換えられません。但し低熱源が絶対零度なら可能です。しかし絶対零度を実現するにはエネルギーが必要ですから、いたちごっこになってしまいますよね(^_-)

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質問者からのお礼

と、いうことは、Jとcalは同じで、 その二つとクーロンは違うんですね。 絶対零度?など、多くの知識も参考になりました。 ありがとうございました。

  • 回答No.4
  • SQXCG
  • ベストアンサー率33% (3/9)

高校で習う数学や物理を使うと,もう少し論理的に説明できるのですが, 中学生とのことなので,概念的に説明します. (1)電力とは何か? 電力とは,1秒間にその電気が与えるエネルギーです. 電球は,電気のエネルギーを光のエネルギーに変えます. ヒーターは,電気のエネルギーを熱のエネルギーに変えます. だから,100Wの電球のほうが,60Wの電球のほうが明るい. 800Wのヒーターは400Wのヒーターより暖かくなる. (2)電力は電流や電圧とどう違うか たとえば,コップの水を浴びるのと,バケツの水を浴びるのを比べると, バケツの水をかぶったほうが体が受ける衝撃は大きいですね. また,同じバケツの水でも,一気に浴びたほうが,チョロチョロ浴びるより衝撃は大きいです. そう考えると 衝撃の大きさ=水の量×水の勢い という式が成り立ちませんか? これを電気に直すと  衝撃の大きさ=電力   水の量=電流  水の勢い=電圧  最終的に浴びた水の量=エネルギー(熱量) に相当します. だから,  電力=電流×電圧  熱量=電力×時間 という関係になるのです. (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 (1)の回答にあるように,1秒間に与えるエネルギーが違います. 「6V-18W」のほうが,より多くのエネルギーを与えるので,温まる時間が早くなります. (4)「熱量(cal)」と「電力量(J)」の違い どちらもエネルギーの単位なので,本質的な違いはありません. 1calは「1ccの水の温度を1℃上昇させるに必要なエネルギー」 1Jは「1A,1Vの電気が1秒間に与えるエネルギー」 畳1枚の面積を「1畳」と表現するか「1.62平方メートル」と表現するかの違いです.

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質問者からのお礼

エネルギーの単位にはあまり違いがないんですね。 たとえでよくわかりました。 ありがとうございました。

  • 回答No.3
  • ennalyt
  • ベストアンサー率30% (396/1316)

「スーパー理科辞典」を親御さんに頭を下げて買ってもらいましょう。 いずれの疑問もそれでバッチリです。 小学生から大学受験までカバーしています。 カロリーは昔使われていました。 今はジュールだけで大丈夫です。 上記書籍ならPage558,559に両者の定義が書かれています。 電気で算出したのがジュール、水で算出したのがカロリーです。 食べ物の計算には今でもカロリーだけど。

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質問者からのお礼

スーパー理科辞典とは、初めて知りました。 調べてみましたが、結構高いですね・・・ 一回親に頭下げてみたいと思います。 ありがとうございました。

  • 回答No.2

(1)電力とは電気が光や熱などを発生させる力のこと (2)電力:電気器具の能力の大小を表す    電流:電気の流れる量を表す   電圧:電気の流れる速さを表す (3)「6Vー18W」の電熱線は電流が3Aで抵抗が2Ωなのに対して「6Vー9W」の電熱線は電流が1.5Aで抵抗が    4Ωである     よって電力が違うと抵抗の大きさが変わってくるということになります (4)1J=約0.24cal    1cal=約4.2J  だそうです うまく説明できなくてすいません 受験勉強頑張ってください!

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質問者からのお礼

電力が変わると抵抗の大きさが変わるんですね。 わかりやすかったです。 ありがとうございました。 受験勉強がんばります。

  • 回答No.1

まず、電圧、電流、電力、電力量のそれぞれの定義を、イメージでつかんでもらいましょう。 電流とは、ある電線の1点を流れている電気の流れの速さです。 電圧とは、電源の中から電流を押し出そうとする働きのことです。 電流と電圧は水路に良くたとえられますが、電圧は水路の高低差、電流は水の流速です。 電力とは、いま電気エネルギーをどんなペースで使ってるかって言う量です。 そして電力量とは累計で電気エネルギーをどれだけ使ったかです。 電力=電圧×電流、電力量=電力×通電時間という関係があります。 熱量も電力量も、本質は同じ「エネルギー」なのですが、 温度を上げる元としてのエネルギーは熱量、 電気のエネルギーは電力量と、エネルギーの形が違うものですね。 電熱線を使えば、電気エネルギーを消費することで、そのエネルギーを熱にかえることができます。

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質問者からのお礼

まとめてあってわかりやすかったです。 イメージつきやすかったです。 勉強になりました。 ありがとうございました。

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