中学2年生の理科では、「電気・磁石-電力･熱量」という単元を学習します。
ここでは、電力・熱量・電力量を求める計算式がどのようなものなのかを理解しておかないと問題の解き方事態わからなくなってしまうので、全部スラスラと計算方法が出てくるようにしておきましょう。
そこでこの記事では、この単元が苦手という中学生やそして中学生に勉強を教える親御さんのために抑えておくべき重要なポイントをわかりやすくまとめたので参考にしてください。
電力を求める計算式
電力というのは、１秒間に発生するエネルギーの量のことで、単位はW(ワット)を用います。
電気エネルギー…電流が流れることで、電球が光ったり電熱線は熱を出します。この電流が持つ力が電気エネルギーです。
このW(ワット)が大きいほど、電球は明るく、電熱線が発生させる熱は大きくなっていきます。
そしてこの電力をは「電流と電圧の積」で求めることができます。
電圧をV、電流をI、電力をWとしてアルファベット表記で表すと以下のような式になります。
電力(W)=電流(A)×電圧(V)
例えば、電源電圧が5Vで、抵抗に0.5Aの電流が流れている時の電力を求める場合、
電力[W] = 電圧×電流
=5×0.5
= 2.5 [W]
と計算して求めることができます。
オームの法則を使った応用
「電力(W)=電流(A)×電圧(V)」という式にオームの法則の「電圧（V）＝電流(A) × 抵抗(Ω)」を代入すると、
電力(W)=電流(A)×電流(A)×電圧（V）つまり、
＝抵抗値×電流²
になることがわかります。つまり、電力は電圧と抵抗値で表すと
電力＝電圧² ÷ 抵抗値
こんな感じでオームの法則を使って応用した計算が求められるケースもあるので、しっかりとオームの法則を定着させておきましょう。
熱量を求める計算式
電熱線は電気エネルギーを熱エネルギーに変えますが、この電熱線から発生する熱エネルギーの量を熱量といい、単位はJ(ジュール)です。
電熱線から発生する熱量は電力と時間に比例するという性質を持っています。
そして熱量を求める場合は 電力と時間の積で求めることができます。
熱量(J)=電力(w)×時間(秒)
例えば、50ワットの電熱線に10秒電流を流したときに生じる熱量を求める場合、
100 × 10= 1000 [J]
500ジュールと計算することができます。
熱量を違う単位で表す
熱量にはcal(カロリー)という単位もあります。
このカロリーは我々が食品の成分表示などを見ると記載されている「カロリー」と同じです。
このカロリーは熱量を表していてるということも頭に入れておきましょう。
1calは水1gを1℃上昇させる熱量
1cal=約4.2Jである。
先ほど計算した500ジュールというのは、1000÷4.2=約119calと表すこともできます。
ちなみに
50gの水を1℃上げるのに必要なエネルギーは50cal
1gの水を50℃上げるのに必要なエネルギーは50cal
50gの水を50℃上げるのに必要なエネルギーは2500cal
という感じになっていて、水の量とエネルギー、上昇温度とエネルギーは比例関係になっています。
電力量の計算公式
最後は電力量を求める計算公式です。
電力量というのは、一定時間電流が流れたときに消費された電気エネルギーの総量のことで、電力量は熱量と同じ式で求めることができ、単位もJ(ジュール)を使います。
電力量(J) = 電力(w) × 時間(秒)
電力量の単位にはWh(ワット時)や、kWh(キロワット時)が使われることもある。
1Whは 1Wの電力を1時間使い続けたときの電力量であり、1kWhはその1000倍ということになります。
