【9】オームの法則・ジュールの法則と電力【物理基礎解説】

物理基礎・電気物理

この記事では、物理基礎「オームの法則と電力」の解説をしていきます。

この項のポイントは以下の3つです。

  • オームの法則:抵抗に注目する
  • ジュールの法則:陽イオンの熱運動で発生する熱の計算式
  • 電力と電力量:電力は電流のする仕事

オームの法則は中学の時も馴染みがある分野ですが、より深く理解するために一旦頭を空っぽにして学びなおしましょう。

高校の電気においてで、非常に大切な分野です。

整理して覚えておきましょう!

オームの法則

中学生の頃にも習ったオームの法則。

高校でもがっつり使うので、より深く理解していきましょう。

オームの法則とは「抵抗・電流・電圧の関係式」のことですね。

回路を組む必要なく、計算だけで電流を測ることができるのがとても便利。

下のような式が成り立ちます。

V = IR

  • V:抵抗による電圧降下〔V〕
  • I:抵抗を流れる電流〔A〕
  • R:抵抗〔Ω〕

これを見て気づいたように、実は単に「電圧・電流・抵抗」の関係式ではないんです。

Rは抵抗でいいですが、Vは「その抵抗による電圧降下」で、Iは「抵抗を流れる電流」。

問題文に与えられた「電池の電圧」を入れないように注意してください!

続いて、よく出る回路の問題を解説していきますね。

中学校で「直列は電流が一定・並列は電圧が一定」と習いますが、下のように絵でイメージできるといいですね。

前の回でも説明しましたが、電流は「水路に流れる水の量」、電圧は「高低差」でした。

オームの法則でR1を出すときに使うのは電源のVではなく、V1なのでお間違いなく。

R2、R3も同様です!

ジュールの法則

ジュールの法則も中学校で習いました。

オームの法則よりマイナーなイメージですが、がっつり使います。
今一度、復習して知識を定着させましょう!

抵抗に電流が流れる(電子が通過する)と、熱が発生します。

その理由は「電子が陽イオンに衝突、振動させて熱運動を引き起こすから」です。

熱運動で発生する熱を式で表したものが「ジュールの法則」です。

Q = IVt

  • Q:発生する熱量〔J〕
  • V:電圧〔V〕
  • I:電流〔A〕

電流、電圧、流れる時間が大きいほど発生する熱量が多いのはイメージしやすいですね。

オームの法則V = IRを使い、問題に合わせて式変形してくださいね。

電力と電力量

電力という言葉は知っているけど、うまく説明できない人が多いはず。

物理基礎最後の分野で計算も多いですが、その分テストにも出しやすいです。しっかり覚えていきましょう!

電力量とは、簡単にいうと「電流がする仕事」です。

正直、よく分からないですよね。何に対して電流は仕事をするの?

その答えは「電子が陽イオンに衝突、振動させて熱運動を引き起こす」ときの仕事です。ジュールの法則の時にやりましたね。

つまり、電力量はジュールの法則と同じなんです。

W = IVt

  • W:電力量〔J〕
  • V:電圧〔V〕
  • I:電流〔A〕

仕事には仕事率があるように、電力量にも仕事率の概念である「電力」があります。

P = W / t = IV

  • W:電力量〔J〕
  • t :時間〔s〕
  • V:電圧〔V〕
  • I:電流〔A〕

まとめ

オームの法則・ジュールの法則・電力について理解できましたか?

ポイントをまとめますね。

  • オームの法則:抵抗に注目する
  • ジュールの法則:陽イオンの熱運動で発生する熱の計算式
  • 電力と電力量:電力は電流のする仕事

物理基礎を解説してきました。

物理は覚えること自体は少ないですが、問題は多岐にわたるので、演習の繰り返しが非常に大切です。

ぜひ、物理を得意科目にしてください!

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