テレビや冷蔵庫、ドライヤーなどの家電製品には 消費電力 〇〇W(ワット)などと記されています。今回は、この 消費電力 について解説します。

いま、抵抗値R[Ω]の抵抗に起電力V[V]の電池をつなげ、t[s]間でQ[C]の電気量が流れたとします。

上の図では、高電位V[V]から低電位0[V]の向きに電流I[A]が流れますね。 抵抗に電流が流れる とき、実は 熱が発生 します。この熱に注目したとき、 1[s]間に発生する熱 のことを 消費電力 と言います。消費電力は記号Pで表され、単位はW(ワット)です。単位[W]は、[J/s]とも表され、 1[s]あたりに発生するジュール熱 のことを表します

では、抵抗で発生するジュール熱はどう求めることができるのでしょうか？そもそも 電流 とは、 1[s]あたりに導線の断面を通過する電気量 の値でした。t[s]間に抵抗を通る電気量がQ[C]のとき、この Q[C]が持つエネルギー に着目してみましょう。

+1[C]の電荷が持つ位置エネルギーは電位で表されるので、抵抗の入口で電位がV[V]のとき、電気量Q[C]が持つ位置エネルギーはQ×V[J]です。このQ[C]が抵抗内を移動したとき、抵抗の出口では電位が0[V]なので、位置エネルギーはQ×0[J]に減少します。入口で持っていた位置エネルギーがすべて失われてしまっているんですね。この 失われたエネルギーはすべて抵抗の中で熱に変わってしまった のです。

t[s]間に抵抗を通る電気量がQ[C]のとき、ジュール熱QV[J]が発生することがわかりました。 消費電力P[W] は 1[s]間に発生する熱 のことなので、
P=QV/t [W]
で求めることができますね。

P=QV/tの式をよく見ると、Q/tがあります。これは電流Iを求める式ですね。したがって、 消費電力P[W] は電流Iを使って表すことができます。

さらにオームの法則を使えば、以下のように式変形できます。

(消費電力P)=(電流I)×(電圧V) を基本形として、 電流I、電圧V、抵抗Rのうち2つの情報が分かっていれば必ず消費電力Pを求めることができる ということをおさえておきましょう。