【STEP2-9】電力と電力量｜何A流れるかの先にある「どれだけ働いたか」

電圧と電流を求めたら、
回路の計算は終わり。

そう感じるかもしれません。

でも実際の設備で知りたいのは、
その電気がどれだけ働いたかです。

電力は、エネルギーを使う速さ。
電力量は、その状態が続いた時間まで含めた量。

この二つを分けて考えれば、
WとWhの迷いも減っていきます。

電力は、1秒あたりのエネルギー

P=\frac{W}{t}

同じ仕事を短い時間で終えるほど、
仕事をする速さは大きくなります。

電力Pの単位は、W（ワット）です。

1\,\mathrm{W}=1\,\mathrm{J/s}

1Wは、1秒間に1Jのエネルギーが
変換される速さを表します。

直流回路の電力はP＝VI

直流回路では、電圧と電流から
電力を求められます。

P=VI

同じ電圧なら、電流が大きいほど
電力も大きくなります。

同じ電流なら、電圧が大きいほど
電力も大きくなります。

まず中心になる式は、P＝VIです。

三つの公式は、別々に覚えなくていい

P＝VIにオームの法則を組み合わせると、
ほかの形を作れます。

V＝IRを代入すると、

P=I^2R

I＝V/Rを代入すると、

P=\frac{V^2}{R}

三式を別々に丸暗記する必要はありません。

問題で分かっている量に合わせて、
P＝VIから不要な文字を置き換えます。

同じ電流か、同じ電圧かで答えが逆になる

ここは、電力で特に間違えやすいところです。

同じ電流を流すなら、

P=I^2R

抵抗Rが大きいほど、電力Pは大きくなります。

一方、同じ電圧を加えるなら、

P=\frac{V^2}{R}

抵抗Rが大きいほど、電力Pは小さくなります。

「抵抗が増えれば電力は増える」と
一つに決めることはできません。

何を一定にしたのか。
問題文で必ず確認しましょう。

電力量は、電力と時間の積

電力Pの機器を、時間tだけ使ったときの
電力量Wは、

W=Pt

で求められます。

電力が同じでも、使う時間が長くなれば
電力量は大きくなります。

W・Wh・Jを整理する

Wは電力の単位です。
エネルギーを使う速さを表します。

WhやkWhは電力量の単位です。
電力に時間を掛けた量です。

Jも電力量・エネルギーの単位です。

W[\mathrm{J}]=P[\mathrm{W}]\times t[\mathrm{s}] 1\,\mathrm{kWh}=3.6\times10^6\,\mathrm{J}

WとWhは見た目が似ていますが、
表しているものが違います。

答えを出したら、最後に単位まで確認しましょう。

例題｜500Wの機器を3時間使う

100Vで5A流れる機器の電力を求めます。

P=VI=100\times5=500\,\mathrm{W}

500Wは、0.5kWです。

これを3時間使うと、

W=0.5\,\mathrm{kW}\times3\,\mathrm{h}=1.5\,\mathrm{kWh}

Jへ直すと、時間を秒にそろえます。

W=500\times(3\times3600)=5.4\times10^6\,\mathrm{J}

kWとhを使えばkWh。
Wとsを使えばJになります。

ジュール熱も同じ流れで考える

抵抗で発生する熱量Qは、

Q=I^2Rt

と表せます。

これも別の公式として覚えなくて大丈夫です。

Q=Pt=(I^2R)t

電力I²Rに時間tを掛けたものが、
発生した熱量になります。

はるの気づき

私は以前、電力の三式を
別々の公式として覚えていました。

そのため、どれを使うのかを
毎回くじ引きのように選んでいました。

でも、中心は一つです。

P=VI

あとはオームの法則で、
不要な文字を置き換えるだけです。

公式が増えたように見えたら、
「元はどこから来たのか」へ戻りましょう。

電験3種では、ここを確認する

• WとWhを混同していないか
• 秒・時間・W・kWをそろえたか
• 同じ電圧か、同じ電流かを確認したか
• I²とV²の2乗を落としていないか
• 答えの単位がW・Wh・Jのどれか

まとめ

電力は、エネルギーが変換される速さです。

P=VI

電力量は、その電力が続いた時間まで含めます。

W=Pt

公式を選ぶ前に、分かっている量と
求める量の単位を確認しましょう。

次は、複数の電源がある回路を
一つずつ、または簡単な等価回路にして読みます。

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