ジュール熱の公式と計算がイラストですぐにわかる!

物理 2016.6.3

今回はジュール熱の説明と、ジュール熱の公式(ジュールの法則)・計算を扱います。

ジュール熱は私たちの身近なモノにも使われているので、ジュール熱がどんなものかについてはイメージがわきやすくなっています。

ジュール熱の公式(ジュールの法則)と計算については、皆さんにわかりやすく解説するために、スマホでも見やすいイラストで解説していきます。

この記事を読み終えた頃にはジュール熱についての理解と、ジュール熱の公式(ジュールの法則)・計算はもうマスターできているでしょう。ぜひ最後までお読みください!

 

1:ジュール熱とは?

ジュール熱とは、導体に電流を流すと発生する熱のことです。単位は[J](ジュール)です。

※導体=電流をよく通す物体のことです。電流をあまり通さない物体は不導体といいます。

ジュール熱は私たちの身の回りにも多くあります。

【 ジュール熱の身近な例 】

電球・電気ストーブ・電気毛布・電気アイロンなど

これらのモノは電流を流すと熱くなりますよね?熱くなる原因はジュール熱という熱が発生しているからなのです。

 

2:ジュール熱の発生原因

なぜジュール熱は発生するのでしょうか?ここでは、イラストと共に解説していきます。

導体の両端に電圧を加えて、その内部に電場を作ると、導体内の自由電子は電場から力を受けて加速します。

その加速した自由電子は、導体内の陽イオンと衝突して陽イオンを激しく振動させます。

ジュール熱発生原因

この振動によってジュール熱は発生します。

 

3:ジュール熱の公式(ジュールの法則)

ここでは、ジュール熱の公式をイラストと共に紹介します。ジュール熱の公式はジュールの法則と呼ばれています。

以下の図のように、導体を電圧V[V]の電源につなぎ、I[A]の電流をt[s]流したとします。

ジュール熱公式画像

この時のジュール熱Q[J]はVItと表されます。これがジュール熱の公式(ジュールの法則)です。

ここで、オームの法則より、V=RIでした。

※オームの法則については、オームの法則公式・すぐに覚えられる覚え方をご覧ください。

これをジュール熱の公式Q=VItに代入すると、新たに2つの公式を導くことができます。以下がまとめです。

ジュール熱の公式(ジュールの法則)

Q = VIt = I2Rt = ジュール熱公式数字t

(Q[J]:ジュール熱、V[V]:電圧、I[A]:電流、R[Ω]:抵抗)

 

4:ジュール熱の計算

ここで、今回学習したジュール熱のおさらいといとして、計算問題を1つ解いてみましょう!

【ジュール熱の計算問題】
導体に抵抗20[Ω]の電熱線がつないである。この導体に3[A]の電流を2分間流した。この時発生するジュール熱Qは何[J]か。

(解答&解説)

ジュール熱の公式(ジュールの法則)を使います。抵抗と電流がわかっているので、R, I, tから求める式を使いましょう。

Q=I2Rtです。2分=120秒です。よって、求めるQは

32・20・120=21600[J]・・・(答)

となります。

 

いかがでしたか?ジュール熱の公式(ジュールの法則)は何度も見直して確実に覚えてくださいね!


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この記事の執筆者

ニックネーム:やっすん

早稲田大学商学部4年
大阪府出身
好きなこと:カラオケ、テニス
得意科目:数学
最近ハマっていること:炎天下のランニング

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