Q=ivt(Q=vit)やQ=I2Rtといったジュール熱の公式と計算方法と単位や記号と抵抗との関係【ジュール熱は抵抗と比例するのか?】

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科学的な解析を行う際に、さまざまな公式を使用する場面が多くあります。

例えば、物理的な専門用語である「ジュール熱」に関係する公式としてQ=ivt(Q=vit)やQ=I2Rtなどがありますが、これらの式は計算においてどのように使うべきか理解していますか。

ここでは、このジュール熱の熱量に関係する公式のQ=ivt(Q=vit)やQ=I2Rtの計算方法、単位や記号、抵抗との関係(ジュール熱は抵抗と比例する?など)について解説していきます。

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ジュール熱の記号や単位は?

ジュール熱とは、電流が通電された際に生じる発熱のことを指し、基本的にジュール熱の記号はQで表すのが基本です。

ジュール熱は言葉の中にジュールというエネルギーの単位が含まれていることからもわかるように、、ジュール熱の単位はJ(ジュール)やcal(カロリー)などのエネルギーの単位を使うことを覚えておきましょう。

Q=ivt(Q=vit)の公式の意味と計算方法【ジュール熱とiv(電力p)の関係は?】

Q=ivt(Q=vit)という公式は、ジュール熱と電流、電圧、時間の関係(積)を表しています。

なお、ジュール熱と似たような形をとる公式として、電力p=iv(電流と電圧の積)というものがありますが、これを上の式に代入しますと、Q=ptとなります。

つまりジュール熱は電力と時間の積(積分値)であるともいえるのです。

Q=ivt(Q=vit)の公式の計算問題を解いてみよう【ジュール熱と電流、電圧、時間の関係】

それでは、ジュール熱の公式Q=ivt(Q=vit)の扱いに慣れるためにも計算問題にチャレンジしていきましょう。

・例題1

ある導線に一定の電流3Aを5sかけた際、その電圧は4vで一定でした。このときのジュール熱はいくらか計算してみましょう。

・解答1

Q=ivt(Q=vit)の公式にそのまま当てはめていきましょう。

すると、ジュール熱Q=3×4×5=60Jと求めることができるのです。

Q=I2Rtの公式の意味と計算方法【ジュール熱とir2(電力p)の関係は?】

上のジュール熱の公式Q=ivt(Q=vit)において、オームの法則(V=IR)の式を代入してVを消去してみると、Q=iVt=i(iR)t=i2Rtと変形できることがわかります。

このQ=I2Rtもジュール熱の公式の一つであり、ジュール熱の大きさは電流の2乗に比例、抵抗に比例、時間に比例するといえます。

こちらの公式を利用した場合でも、ジュール熱の表すものは同じであるため単位はJ(ジュール)等になります。

Q=I2Rtの公式の計算問題を解いてみよう

それでは、こちらのQ=I2Rtというジュール熱の計算に慣れるためにも計算問題を解いてみましょう。

・例題2

ある抵抗値が0.5Ωの導線に一定の電流2Aを8sかけたときのジュール熱はいくらか計算してみましょう。

・解答2

Q=I2Rtの公式にそのまま当てはめていきましょう。

ジュール熱=2^2 ×0.5 × 8=16Jと計算できました、

 

まとめ Q=ivt(Q=vit)やQ=I2Rtといったジュール熱の公式と計算方法と単位や記号と抵抗との関係【ジュール熱は抵抗と比例するのか?

ここでは、ジュール熱の記号や単位、電流、電圧、抵抗、電力との関係などについて確認しました。

・Q=ivt(Q=vit)

・Q=I2Rt

と求められることを理解しておくといいです。

電気的な用語やその公式、それを活用した計算方法を理解し毎日の業務に活用していきましょう。

 

 

 

 

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