第二種電気工事士の計算問題では、電力W（ワット）から熱量J（ジュール）を求める計算がよく出題されます。このような問題を解くには、ワットとジュールの関係をしっかり覚えておくことが重要です

本記事では電力ワットと熱量ジュールの関係についてわかりやすく解説します。検針票の単位「kWh」についても解説しますので、ぜひご一読ください。

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またワットとジュールの関係については動画でも解説していますので、ぜひご覧ください。

電力W（ワット）と熱量J（ジュール）とは

電力Wと熱量Jはそれぞれ以下のように定義されます。

  • 電力W：1秒間毎に発生・消費するエネルギーの大きさ。単位は「W（ワット）」。
  • 熱量J：エネルギーそのものの大きさ。単位は「J（ジュール）」。身近な例では熱量cal（カロリー）が近い ※1cal=4.184J

電力Wと熱量Jは「W＝J/s」の関係が成り立ちます。つまり電力Wは、1秒あたりに発生・消費する熱量Jを意味するのです。

たとえば、電子レンジを500Wの設定にして食品を温めていたとします。このとき、電子レンジは1秒間に500Jのエネルギーを食品に与えています。もし500Wで1分温めたとすると、1分間で食品が受け取った全エネルギーは500W×60秒=30,000Jと計算できるわけですね。

電力Wと熱量Jを水で例えるとどうなる？

電力Wと熱量Jの定義や関係式は前項の通りなのですが、これだけ読んでもピンと来ない方のほうが多いかと思います。

そこで、電力Wと熱量Jを水に例えて考えてみましょう。

  • 電力W：1秒間で流れる水の量（流量）
  • 熱量J：貯まった水の量の合計

電力Wが大きければ早く熱量Jが貯まりますし、大量の熱量Jが必要な場面では大きなWまたは長い時間が必要です。電子レンジで大きな冷凍食品を温めようとすると、通常より時間がかかるのと同じですね。

以下の動画の後半で、電力Wや熱量Jに関連した過去問を解説しています。具体的な問題を見たほうがわかりやすいかと思いますので、ぜひご覧ください。

kWh（キロワットアワー）とは？検針票に記載される単位も一緒に覚えよう

電力Wや熱量Jと一緒に覚えたいのが、電気の検針票に記載されている「kWh（キロ ワットアワー）」という単位です。

この単位は、いわばJ（ジュール）の親戚です。

  • 100Wで1秒間使うと100J、2秒間なら200J
  • 100Wで1時間使うと100Wh、2時間なら200Wh

1時間は3,600秒ですので、100Wで1時間使うと3,600J、2時間なら7,200Jになりますよ。よって、1Wh=3,600Jです。

つまり、以下のようになるのです。

  • W×秒数(s) → J
  • W×時間数(h)→ Wh

そして検針票のkWhのkはキロと読み、1000倍を表すため、1kWh=1,000Whです。

なぜわざわざkWhという単位が作られているかと言うと、「熱量を扱いやすい数値にする」という理由があげられます。もし検針票がkWhではなくkJで書かれていたらどうなるか見てみましょう。

【例】

  • kWh･･･1か月の使用量が400kWh
  • kJ･･･1か月の使用量が1,440,000kJ (← 400×3,600）

kJで表すと値が大きすぎて非常に分かりにくくなってしまいます。よって、単位kWhが必要になるわけです。

単位変換をマスターして筆記試験に対応しよう

第二種電気工事士の筆記試験では、電力Wと秒数から熱量Jを求める計算問題がたまに出題されます。

単位変換が苦手な方も少なくないかと思いますが、ここをマスターすることでさまざまな計算問題に対応できるようになります。ぜひチャレンジしてみてください。

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