【電力・電力量・熱量】違いと変換のための計算式

電力[W]・電力量[Ws, Wh]・熱量[J]とは？違いと変換のための計算式についてまとめました。

【はじめに】電力・電力量・熱量とは

【電験三種・第二種電気工事士】
電力・電力量・熱量の違いは次のとおりです。

種別	単位	概要
電力	w	1秒あたりに使用する電気エネルギー量もしくは熱量(J)（1時間あたりの場合もあり）
電力量	Ws、Wh	電力の総使用量。利用時間分だけ使用した電力。(Wsなら秒単位、Whなら時間単位)
熱量	J	熱エネルギーの総量。（電力量と同じ）。1(W)=1(J/秒)

電圧E[V]、電流I[A]のとき、電力W[W]の計算式は次のとおりです。

(1) $\begin{eqnarray*} W=EI \end{eqnarray*}$

電力の利用時間がt[s]のとき、電力量Pの計算式は次のようになります。

(2) $\begin{eqnarray*} P=Wt \end{eqnarray*}$

つまり、電力量は「利用時間分だけ消費した電力」を表しています。
実際には、秒単位だと扱いにくいので、単位はWh（時間単位）が用いられています。

熱量[J]と電力量[Ws]は等しくなります。
ただし、電力量の単位がWhの場合は、1時間=3600[秒]なので3600倍になる点に注意しましょう。

(3) $\begin{eqnarray*} Pt[Ws]=W[J]\\ Pt[Wh]=3600W[J] \end{eqnarray*}$

【問題1】
消費電力が400Wの電熱器を、1時間20分使用した時の発熱量[kJ]はいくらか。

【解答1】
① 使用時間は1時間20分＝4800秒
② 発熱量[kJ]=Wt=400・4800=1920000[J]=1920[KJ]

【問題2】
電熱器により、60kgの水の温度を20K上昇させるのに必要な電力量［kW・h］は。
ただし、水の比熱は4.2kJ／（kg・K）とし、熱効率は100%とする。

【解答2】
60kgの水を20K（＝℃）上昇させるために必要な熱量は以下の式で求められます。
熱量=質量×上昇温度×比熱=60×20×4.2=5040 [kJ]

1[J]＝1[W・s]より、5040 [kJ] = 5040[kw・s]
求められているのは電力量［kW・h］なので、1[J]＝1[W・s]＝1/3600[W・h]より
電力量［kW・h］=5040/3600=1.4 [kW・h]
が正解となります。

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