【物理】「電力、電力量、熱量」の関係性を理系大学院生が3つの例題からわかりやすく解説！

ライター／さとるめし

工業高校電気科卒、大学、大学院と電気工学を専攻している現役大学院生。「電気はよくわからない…」と言う友人や知人に、どうすればわかりやすく電気について理解してもらえるか、日々考えながら過ごしている。

電力と電力量とは？

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電力と電力量とは、一体何なのでしょうか？何が違うのでしょうか？言葉だけでは、あまり違いがわかりませんね。

電力は、単位時間当たりに電流がする仕事とされています。対して電力量は、電流がする仕事です。どうやら、単位時間当たりという言葉がポイントになりそうですね。言葉の意味を、もう少し詳しく考えていきます。

単位時間当たりの意味

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単位時間当たりという言葉は、物理の勉強をすると頻繁に目にします。一体どのような意味なのでしょうか？

単位時間とは、ある特定の基準となる時間のことです。場合によって異なりますが、基本的には1秒を基準として単位時間を定めます。

一番わかりやすい例は、速度です。m/s、m/min、km/h、という単位を見たことがある方も多いと思います。これらはすべて速度の単位です。sは秒、minは分、hは時間のことを表しています。1秒間に何m進むのか、1分で何m進むのか、1時間で何km進むのか。これらの時間が、単位時間当たりという言葉を具体的に示しているのです。

時間を区切り、その区切った時間を最小の単位としたものが単位時間当たりとなります。

電力と電力量はどのように表現できる？

電力と電力量は、それぞれ電流がする仕事であると説明しました。しかし、言葉の定義だけではよくわかりませんね。そこで、数学的な式から考えてみます。

1. 電力を式で表すと？

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電力は、Pという記号で表し単位は[W](ワット)です。電圧と電流をかけるだけ、というとてもシンプルな式ですね。実は、この電力の式と全く同じ式を使う仕事率Pという仕事も存在します。こちらは、電源が単位時間当たりにする仕事です。なぜ、違う言葉なのに同じものが存在するのでしょうか？

これは、電圧が電流を押し出す仕事と、回路を流れる電流の仕事が等しいことを表しています。押し出す側と、押し出される側の仕事が等しくなる、といえばわかりやすいですね。

電力と仕事率の関係

電力と仕事率は、ものは違えど等しい存在であることがわかりました。実はこの関係は、エネルギー保存則が成り立つことを意味します。

2. 電力量を式で表すと？

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電力量は、1時間(1hour)で1000W(1kW)の仕事をすることを表現する場合が多いです。

電力は、短時間当たりの電流の仕事でしたが、この場合の単位時間は1秒と考えます。すると電力量では、単位時間を1時間と考えることができますね。1時間は3600秒ですので、上記のような書き方ができます。

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kって何？

電力量の単位についているkとは、接頭記号といいます。cmのcや、mmのm、またkmのkなど距離でよく見ますね。1000Wと書く場合、0を3つも書くのが煩わしいのでkという接頭記号を使うことで1kWと簡単に表現することができます。画像にて、よく使われる接頭記号を示すので、ぜひ身近な接頭記号を探してみてください。